Литература / Пиотровский_Электрические_машины_учебник_1974

были выполнены первые модели электрических генераторов постоян­ ного тока, а в 1834 г. член Петербургской Академии наук Б. С. Якоби

построил первый электродвигатель для работы от гальванических элементов.

Первоначально развивались электрические машины постоянного тока сначала магнитоэлектрического типа, т. е. с возбуждением от постоянных магнитов, а затем, начиная с 1860 г., с электромагнитньш возбуждением. Уже к середине 80-х годов прошлого века машина Приобрела все основные черты современной конструкции.

По мере увеличения потребления электроэнергии и расширения областей ее применения стала развиваться, наряду с системой по­ стоянного тока, система переменного однофазного тока. В 1878 г. П. Н. Яблочков осуществил первую установку однофазного тока для электроснабжения изобретенных им «свечей Яблочкова». В этой установке он применил индукционную катушку с разомкнутой маг­ нитной цепью и двумя электрически не связанными обмотками, ко­ торая представляла собой трансформатор. Свойства трансформаторов были быстро оценены и в 1885 г. инженеры Дери, Блати и Циперновский (фирма Ганц в Будапеште) получили патенты на ряд конструк­

ций однофазных трансформаторов с замкнутым сердечником из изоли­ рованной стальной проволоки.

Эпоху в развитии всех областей электроэнергетики и, в частности, электромашиностроения, составила разработка М. О. Доливо-Доб- ровольским системы трехфазного тока. Большой заслугой Доливо- Д обровольского явилось изобретение им в 1889 г. трехфазного асин­ хронного двигателя, а также разработка ряда элементов передачи энергии трехфазного тока на большое расстояние. Это дало возмож­ ность уже в 1891 г. на Международной электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне осуществить первую установку трехфаз­ ного тока, состоявшую из генератора мощностью 200 кет на электро­ станции в Лауффене (на расстоянии 170 км от выставки), трехфазной линии передачи напряжением 15 кв и двух понижающих подстанций на территории выставки, одна из которых подводила энергию к трех­ фазному асинхронному двигателю мощностью 75 кет.

К началу текущего столетия система трехфазного тока получила всеобщее признание и начала широко и быстро развиваться. С этого времени электроэнергетика развивается комплексно, тем не менее

успехи^ электромашиностроения в значительной мере определяют дальнейший технический прогресс.

Важное значение для электромашиностроения в целом имело изо­ бретение в 1901 г. так называемой электротехнической стали, содер­ жащей кремний. Применение этой стали позволило значительно сни­ зить массу и размеры машин и трансформаторов без ухудшения их эксплуатационных характеристик. Дальнейшее улучшение материа­ лов для магнитопровода привело к созданию холоднокатаной тексту­ рованной стали, которая имеет по сравнению с горячекатаной ста­ лью лучшие характеристики в направлении проката. В настоящее вре­

мя холоднокатаная сталь широко применяется при изготовлении транс­ форматоров и крупных генераторов.

7

В области производства электроэнергии новая ступень развития связана с установкой на электростанциях в начале текущего столе­ тия синхронных генераторов, непосредственно соединенных с высо­ коскоростными паровыми турбинами. Основные звенья этого разви­ тия — повышение надежности работы турбоагрегатов, увеличение их мощности, совершенствование системы охлаждения. Важным этапом было применение водорода в качестве-охлаждающего агента: с 1928 г. для синхронных компенсаторов и с 1937 г. для генераторов большой мощности. Такие машины выполнялись закрытыми с поверхностным охлаждением обмоток, а также сердечников статора и ротора водоро­ дом при небольшом избыточном давлении. В настоящее время для крупных двух- и четырехполюсных синхронных генераторов приме­ няется непосредственное охлаждение проводников обмотки ротора водородом и обмотки статора водой при сохранении поверхностного охлаждения водородом сердечника ротора.

Параллельно шло развитие многополюсных синхронных генера­ торов, приводимых во вращение гидравлическими турбинами. Уве­ личение мощности генераторов достигалось совершенствованием кон­ струкции и улучшением охлаждения. Современные наиболее мощные ге­ нераторы имеют непосредственное охлаждение обмотки статора водой.

Для развития трансформаторов наибольшее значение имели: устройство маслорасширителей примерно начиная с 10-х годов текущего столетия и применение материалов с улучшенными свойст­ вами. В связи с увеличением протяженности линий передачи были созданы грозоупорные трансформаторы, а расширение области приме­ нения электроэнергии привело к разработке специальных типов трансформаторов.

В области потребления электроэнергии главную роль играет электродвигатель. С начала 90-х годов прошлого столетия в промыш­ ленности широко применяется изобретенный М. О. Доливо-Добро- вольским трехфазный асинхронный бесколлекторный двигатель, за­ тем — в начале текущего столетия — были разработаны асинхрон­ ные коллекторные двигатели и, наконец, примерно с 1916 г. — син­ хронный двигатель.

В дальнейшем происходило увеличение верхнего предела и умень­ шение нижнего предела мощности электродвигателей. В настоящее время построены электродвигатели, мощность которых измеряется десятками тысяч киловатт и микроваттами.

Внедрение электропривода в промышленности, сельском хозяй­ стве, на транспорте и в обслуживании быта привело к созданию разнообразных специализированных двигателей как по характери­ стикам, так и по конструктивному оформлению.

Происходящий научно-технический прогресс характеризуется внедрением механизации и автоматизации во все сферы человеческой деятельности и широким применением специальных электрических машин малой мощности. Для этой цели были разработаны и изготов­ ляются как электродвигатели, так и различные электромашинные элементы автоматических устройств.

8

В-4. Принцип действия электрической машины и трансформатора

Работа электрических машин базируется на физических законах электромагнитной индукции и электромагнитной силы. По закону электромагнитной индукции величина э. д. с., наведенная в замкну­ том контуре, пропорциональна скорости изменения потока ф, прони­ зывающего этот контур. Направление наведенной э. д. с. определя­ ется законом Ленца, по которому ток, вызванный этой э. д. с., стре­ мится воспрепятствовать изменению потока, пронизывающего контур.

^Эту э. д. с. можно рассматривать наведенной в проводнике дли­ ной^/, перемещающемся со скоростью ѵ в магнитном поле с индук­ цией ß, одинаковой по всей длине I проводника. Направление наве­ денной в проводнике э. д. с. проще всего определяется по п р а в и - л у п р а в о й р у к и , а именно: ладонь правой руки располагают

вмагнитном поле так, чтобы линии поля были направлены в ладонь,

абольшой палец, отогнутый в плоскости ладони на 90°, располагают

внаправлении движения проводника; тогда остальные пальцы руки,

Применяя это правило к проводнику на рис. В-1, можно устано­ вить, что э. д. с. направлена за плоскость чертежа. Такое направле­ ние э. д. с. и соответственно тока принято обозначать в сечении про-

10

Ра з д е л первый

МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Глава п е рв ая ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О МАШИНЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА

1-1. Принцип работы машины постоянного тока

На рис. 1-1 изображена простейшая схема машины переменного тока. Здесь N —S — два неподвижных в пространстве полюса, создающих постоянный как в пространстве, так и во времени маг­

п, об/мин в указанном направлении. В рассматриваемый момент вре­ мени э. д. с. по правилу правой руки направлена в верхнем про­ воднике от b к а, а в нижнем — от d к с. При работе машины гене­ ратором направление тока в проводниках совпадает с направлением э. д. с. Соответственно ток во внешней цепи течет от кольца 1' через щетку 1 во внешнюю цепь и затем возвращается к щетке 2 и кольцу

через которую ток возвращается в машину, имеет отрицательный по­ тенциал и обозначается знаком «минус» ( —).

13

касаться с пластиной 2', но по-прежнему будет иметь положительный потенциал, так как к ней будет подводиться э. д. с. от проводника cd, заменившего проводник ab под северным полюсом. Щетка 2 имеет

отрицательный потенциал (—).

Таким образом, по. витку abed по-прежнему продолжает течь переменный ток, но по внешнему участку цепи ток течет только в од­ ном направлении, а именно, от по­ ложительной щетки 1 к отрицатель­ ной щетке 2, т. е. происходит вып­ рямление переменного тока, проте­

кающего в витке abed, в пульси­ рующий ток, протекающий по внешнему участку цепи (рис. 1-4). Дважды за каждый период ток достигает максимума и дважды он

равен нулю. Для сглаживания пульсаций тока необходимо размес­ тить на сердечнике несколько витков, равномерно распределенных по окружности его, и увеличить количество коллекторных пластин.

1-2. Устройство и основные части машины

С точки зрения происходящих электромагнитных процессов при­ нято выделять в машине две части: 1) часть, обеспечивающую созда­ ние магнитного потока — индуктор, и 2) часть, в которой наводится

лярности, — неподвижен. Необходимыми элементами современной машины постоянного тока являются также коллектор и щетки. Основ­ ные части машины показаны на рис. 1-5.

Индуктор состоит из главных полюсов 1, станины 2 и добавочных полюсов 3. Якорь состоит из зубчатого сердечника 4 и обмотки 5. На одном валу с сердечником якоря размещается также коллектор 6. Все перечисленные части служат для проведения магнитного потока или тока и называются активными частями.

В рассмотренной машине с чередующейся полярностью полюсов индуктора выпрямление э. д. с. и тока производится при помощи коллектора и щеток, что в значительной степени осложняет работу машины. В начале текущего столетия был сделан ряд попыток усовер­ шенствовать бесколлекторную, так называемую униполярную маши­ ну, которая была осуществлена еще в 1831 г. Фарадеем.

На рис. 1-6 представлен один из возможных вариантов унипо­ лярной машины. Стержни 1 обмотки якоря, уложенные в стальном цилиндре 2, пересекают магнитный поток Ф одного направления, который создается обмоткой возбуждения 3. Концы стержней с обоих торцов якоря соединены кольцами 4. Направление э. д. с. в стержнях определяется правилом правой руки и показано стрелками. Контакт между вращающимися кольцами и неподвижными токоотводами осуществляется щетками 5. Так как в данном случае все стержни включены параллельно, то напряжение машины определяется э. д с.

15