Mis on homopolaarne generaator?

Homopolaarne generaator on teatud tüüpi elektrigeneraator, mis toodab alalisvoolu (DC), kasutades elektrit juhtivat ketast, mis pöörleb staatilises magnetväljas. Ketas on magnetvälja suhtes täisnurga all, mistõttu selle pöörlemine tekitab elektripotentsiaalide erinevuse ketta keskkoha ja selle serva vahel. Harja kontaktid ühendavad ketta serva ketast pöörava võlliga. Elektrivoolu polaarsus sõltub pöörlemissuunast magnetvälja suhtes. Seda nimetatakse “homopolaarseks” või “unipolaarseks”, kuna kasutatakse ainult ühte magneti poolust.

Tegelikult on kaks töörežiimi, milles homopolaarne generaator suudab toota energiat. Statsionaarne magnet ja pöörlev ketas on kõige levinum meetod, kuid kui nii magnet kui ka ketas pöörlevad, tekib voolu ikkagi. See on võimalik tänu Lorentzi jõule, mis on jõud, mille elektronid põhjustavad elektromagnetväljast.

Michael Faraday leiutas homopolaarse generaatori 1831. aastal, mille tulemuseks oli üks selle alternatiivsetest nimedest, Faraday ketas. Selle seadme varasemad versioonid ei olnud eriti tõhusad elektrienergia allikad, kuid need näitasid põhimõtteid, mida kommuteeritud dünamod kasutavad alalisvoolu tootmiseks. Varaste homopolaarsete generaatorite ebaefektiivsus oli peamiselt tingitud voolu vastuvoolust; magnet indutseerib primaarse voolu voolu plaadi selles osas, mis asub otse magneti all, kuid see vool ringleb magnetväljast eemal asuvate ketta piirkondade suunas. See vastuvool soojendab plaati, mitte ei tekita elektrivoolu.

Kaasaegsed homopolaarsed generaatorid lahendavad selle probleemi osaliselt, paigutades ketta perimeetri ümber magnetirea. See võimaldab magnetväljal püsida ühtlasena ketta keskpunktist servani. Vastuvoolu aste on oluliselt vähenenud, mis suurendab generaatori efektiivsust.

Tavaliselt demonstratsiooni eesmärgil kasutatav väike homopolaarne generaator toodab vaid paar volti, samas kui suuremad generaatorid, nagu näiteks teadusuuringutes kasutatavad, suudavad toota paarsada volti. Mõned elektritootmissüsteemid kasutavad tuhandete voltide tootmiseks mitut homopolaarset generaatorit, kuid üldiselt pole neil palju praktilist tööstuslikku kasutust. Homopolaarset generaatorit saab muuta väga väikese takistusega, nii et see suudab toota suures koguses voolu, mõnikord üle 1 miljoni ampri.