Очерки по истории электротехники
Главная   >>   Очерки по истории электротехники

Очерки по истории электротехники

5.2. Возникает потребность в электрических машинах переменного тока

Получение переменного тока никогда не вызывало принципи­альных трудностей. Описанный в гл. 4 генератор Р. М. (1832 г.) был, как отмечалось, первым многополюсным синхронным гене­ратором*, н все последующие работы в области электрических ма­шин были направлены на изыскание наилучших конструкций коммутирующих устройств, т.е. на превращение генераторов пе­ременного тока в генераторы постоянного тока.

Так как переменный ток долгое время не находил практическо­го применения, то попытки сконструировать соответствующие ге­нераторы до конца 70-х годов носили эпизодический характер. Обычно такие генераторы представляли собой машины постоянно­го тока, у которых коллектор заменялся двумя контактными коль­цами. Так, в 1863 г. Уайльд разработал в качестве одного из вариантов машины с электромагнитами генератор переменного тока. Этот генератор внешне был очень похож на машину, ­описанную в гл. 4 (см. рис. 4.17), и отличался от нее лишь тем, что вместо коллектора, состоявшегося из двух пластин, имел два контактных кольца, Обмотка электромагнитов питалась от отдельного магнито­электрического генератора, укрепленного на ярме основной маши­ны. 8 1867 г. Уайльд построил генератор переменного тока, который ис имел отдельного возбудителя.

Наиболее существенный толчок работам в области генераторов переменного тока дала электрическая свеча Яблочкова. Уже в 1878 г. Яблочков совместно с заводом Грамма разработал несколь­ко однотипных конструкции генераторов переменного тока для питания 4, 6, 16 и 20 свечей, Например, в генераторе на 16 свечей кольцевой неподвижный якорь имел секционированную обмотку, секции которой образовывали четыре отдельных цепи по четыре катушки в каждой цепи. На валу машины вращались восемь по­люсов, возбуждавшихся постоянным током, Таким образом, на каждый полюс приходилось по две катушки, индуктировавших то­ки, сдвинутые по фазе друг относительно друга на четверть перио­да. Катушки соединялись через одну так, чтобы токи в одной цепи совпадали по фазе. От каждой цепи питались четыре свечи. Этот генератор представлял собой двухфазную синхронную машину с электрически не связанными фазами.

Яблочков предложил и другие конструкции генераторов пере­менного тока, не сыгравшие заметной роли: генератор с возврат­но-поступательным движением якоря (1876 г.) и индукторные генераторы (1877 и 1881 гг.).

Серьезные трудности на пути совершенствования генераторов переменного тока возникли из-за нагрева сердечников, которые до 80-х годов не шихтовались.

Таким образом, налицо две главные тенденции, определяющие развитие генераторов переменного тока: для увеличения мощно­сти машины увеличивать число катушек якоря (та же тенденция, что и в машинах постоянного тока в 40—50-х годах); а для сниже­ния потерь в сердечниках (и, следовательно, их нагрева) умень­шать объем стали в якоре (некоторые генераторы стали изготовляться с катушками, не имевшими стальных сердечников).

Указанные тенденции можно проиллюстрировать примерами на­иболее типичных машин, построенных в 80-х годах.

Так, на рис. 5.7 показан генератор Сименса (1878 г.) с большим чистом катушек на статоре, питаемых от отдельного возбудителя, и катушками без стальных сердечников торе. Катушки ротора последовательно проходили между,. парами катушек статора, полярность которых чередовалась. Соединение катущек ротора друг с другом было выполнено таким образом, чтобы ЭДС их складывались. Устранение стальных сердечников, естественно, увеличило маг­нитное сопротивление в ма­шине, что снижало ее эффек­тивность.

В качестве одной из наиболее крупных для своего времени ма­шин переменного тока можно отметить генератор английского ин­женера Дж. Гордона (1882 г.).

Один из таких генераторов (рис. 5.8), установленных в 1885 г. на тепловой электростанции Пад­дингтон в Анг­лии, был выпол­нен двухфазным с катушечными обмётками и пред­назначался так же, как и гене­ратор Яблочкова- Грамма, для раз­дельного питания различных ламп. Машина имела мощность 115 кВт при напряжении 105 В и массу 18 т; паровой двигатель сообщал ей частоту враще­ния 146 об/мин. Генератор вырабатывал переменный ток с часто­той 40 Гц; возбудитель приходил в движение от отдельной паровой машины.

Последний период в развитии генераторов переменного тока начинается в 90-х годах прошлого столетия, после того как возникло производство трехфазных машин с шихтованными сердеч- ццкзми и барабанными якорями.

Как известно, электрическая машина обратима. С этой т0чки зрения принципиальных трудностей для построения ^лгзтелей переменного тока не было. Уже в 1841 г. Ч. Уит- ст0н построил синхронный электродвигатель, основанный на 8зэимодействии постоянных магнитов и электромагнитов пе­ременного тока.

Из-за отсутствия начального вращающего момента пуск всех однофазных синхронных двигателей был затруднен. Такие электродвигатели нуждались в дополнительных разгонных дви­гателях и поэтому не могли получить широкого распространения. Как на исторический казус укажем на систему электропривода, применявшуюся в Англии и Франции инжене­ром С. Ц. Ферранти в конце 80-х годов: на вал каждого синх­ронного электродвигателя был посажен разгонный двигатель внутреннего сгорания или коллекторный двигатель переменного тока, по мере разгона главный двигатель втягивался в синхронизм и далее работал самостоятельно.

В сетях однофазного тока применялись коллекторные дви­гатели постоянного тока с последовательным возбуждением. При питании этих двигателей переменным током направле­ние основного магнитного потока изменялось одновременно с изменением направления тока в якоре и, следовательно, вра­щающий момент имел постоянное направление. Венгерские инженеры М. Дери и О. Блати впервые предложили приме­нять такие коллекторные однофазные двигатели в 1885 г. Од- вако широкого распространения эти двигатели тоже не нашли вследствие чрезмерного нагрева сердечников электромагни­те вихревыми токами и тяжелых условий коммутации, вы­звавших сильное искрение на коллекторе. Эти недостатки частично устранялись применением дополнительных полюсов. однако они оказались неэффективными в пусковых условиях. Поэтому коллекторный однофазный двигатель нашел весьма ограниченную область применения. В настоящее время он используется главным образом для бытового электро­завода и на электрифицированных железных дорогах однофазного тока.