Развитие генераторов и двигателей 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 катущекротора 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 сердечниками и барабанными якорями.

Как известно, электрическая машина обратима. С этой т0чки зрения принципиальных трудностей для построения двигателей переменного тока не было. Уже в 1841 г. Ч. Уитстон 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.

Поиск по сайту: