ист_тех. Учебник СанктПетербург 2003 Утверждено редакционноиздательским советом спбгиэу рецензенты
![]()
|
7.3. Создание первых электромагнитных приборовИзучение электрических и магнитных явлений привело к учению об электромагнетизме. Английский химик Деви установил, что электрическая дуга отклоняется под действием магнита. В 1820 году датский физик Ханс Кристиан Эрстед (1777-1851) обнаружил действие электрического тока на магнитную стрелку. Французский ученый Араго (1786-1853) в обнаружил намагничивание железных опилок вблизи проводника с током. Он сконструировал электромагнит. Для этого обмотал медной проволокой стеклянную трубку, в которую вдвинул железный стержень. Как только по проводнику пропустили ток, стержень сильно намагничивался, и к нему притянулись железные ключи. При выключении тока ключи падали на стол. Французский математик и физик Андре Мари Ампер (1775-1831) подробно изучил магнитное поле тока. Результаты своих исследований он обобщил в работе “Теория электродинамических явлений, выведенная исключительно из опыта изданной им в 1826 г. Он впервые ввел термины “сила тока”, “напряжение”, ”кинематика”, а также высказал идею создания амперметра, электромагнитного телеграфа, а в 1829 г. изобрел коммутатор (переключатель). Первыми электромагнитными приборами были гальванометры. Гальванометр немецкого физика Иоганна Кристина Поггендорфа (1796-1877) состоял из проволочной катушки, внутри которой помещались магнитная стрелка, для количественных отсчетов служила шкала. В дальнейшем он изобрел гальванометр с зеркальной шкалой. В 1825 г. итальянский физик Леонардо Нобили (1784-1835) изобрел высокочувствительный гальванометр, применив астатическую систему из двух магнитных стрелок с противоположно направленными полюсами. Немецкий физик Иоганн Швейгер (1779-1867) изобрел электрометр (1808), пружинный гальванометр, электромагнитный мультипликатор (1820). 7.4. Создание электродвигателя и электрогенератораАнглийский физик Майкл Фарадей (1791-1867) открыл в 1831 г. явление электромагнитной индукции – возникновение электрического тока в проводнике при изменении магнитного потока, проходящего через контур проводника. Он показал, что все виды электричества (“трения”, “животное”, гальваническое, “термоэлектричество”, “магнитное”) имеют одну и ту же природу и отличаются только количеством и интенсивностью. Для определения “количества электричества”. Фарадей много занимался изучением электролиза и установил основные законы, носящие его имя. В ![]() ![]() ![]() 1831 г. Фарадей создал униполярный двигатель (рис.7.3а). В сосуд с ртутью, заряженный положительно он поместил конец проводника, заряженного отрицательно. К дну сосуда был прикреплен на проволочке тонкий длинный магнит, сохранивший вертикальное положение т.к. удельный вес ртути почти в 2 раза больше, чем железа. При пропускании тока по проводнику незакрепленный магнит вращали вокруг него. При закреплении же магнита проводник вращался вокруг него. ![]() ![]() а) б) г) ![]() ![]() ![]() в) д) е) ж) з) Рис. 7.3. Схемы электродвигателей: а – униполярного Фарадея; б – «колесо Барлоу»; в – Якоби; г – Паччинотти; д – Грамма; е – Эдиссона; ж – Гефнера-Альтека; з – трехразрядного Доливо-Добровольского Фарадей создал один первых прототипов генератора электрического тока. Он поместил между полюсами сильного магнита медный диск, который можно было вращать от руки. При вращении диска в нем возникал электрический ток, шедший от центра к переферии. С помощью металлических проводников, скользящих по диску, в центре и по окружности ток отводили во внешнюю цепь. Первый генератор электрического тока, основанный на явлении электромагнитной индукции, был построен французским изобретателем Ипполитом Пикси (1802-1835) в 1832 г. Это была магнитоэлектрическая машина, состоящая из 2 проволочных катушек, надетых на железные сердечники, которые были обращены к полюсам большого постоянного магнита. Постоянный магнит можно было вращать от руки. При этом в неподвижных обмотках возникал переменный ток. Т.к. в те времена постоянный ток был изучен лучше, то Пикси снабдил свой генератор коммутатором Ампера, позволяющим получать во внешней цепи ток одного направления. В 1824 г. английский физик и математик Питер Барлоу (1776-1862) сконструировал раннюю модель электрического мотора (колесо Барлоу, рис.7.3б). Звездноподобное колесо помещалось между полюсами магнита. К колесу подводили положительно заряженный конец привода, а к жидкости, в которую оно опускалось, – отрицательный. При пропускании тока колесо вращалось. В 1834 г. один из первых электрических двигателей был построен русским физиком Б.С. Якоби (1801-1874) в Петербурге. Действие двигателя Якоби основывалось на взаимном притяжении разноименных магнитных полюсов (рис.7.3в). Подвижная группа электромагнитов 1 питалась током непосредственно от гальванической батареи, причем направление тока в этих электромагнитах оставалось неизменным. Подвижная группа электромагнитов 2 была подключена к батарее через коммутатор 3, с помощью которого направление тока в каждом электромагните изменялось 8 раз за один оборот диска 4. При этом полярность электромагнитов соответственно изменялась, и каждый из подвижных электромагнитов поперечно притягивался и отталкивался соответствующим неподвижным электромагнитом, а вал двигателя начинал вращаться. Мощность двигателя составляла всего 15Вт, поэтому Якоби стал совершенствовать его конструкцию с целью повышения мощности машины. Электродвигатель Якоби мощностью порядка 7л.с. был установлен на шлюпку и соединен с гребным валом. Лодка могла плавать по Неве на расстояния до 40км. Но двигатель Якоби не получил распространения, потому что питание от гальванических батарей было невыгодным, т.к. они были в 10 раз дороже паровых машин, занимали много места, имели большой вес, быстро разряжались. Русский физик Эмиль Христианович Ленц (1804-1865) кроме всего прочего в 1836 г. открыл обратимость электрических машин. Это позволило перейти к созданию машин, которые могли работать как генераторы и электродвигатели. Применение постоянных магнитов ограничивало возможность увеличения мощности генератора, поэтому при дальнейшем совершенствовании электрических машин постоянные магниты были замененны на электромагниты. В 1863 г. английский техник Генри Уальд создал машину, состоящую из П-образного электромагнита, обмотка которого питалась током от самостоятельного небольшого магнитоэлектрического генератора, помещавшегося наверху динамомашины. Между полюсами электромагнита вращался вал с обмоткой, в которой индуцировался ток, выпрямляемый с помощью коммутатора. Немецкий физик, электромеханик и предприниматель Эрнст Вернер Сименс (1816-1892) в 1867 г. разработал электрогенератор с самовозбуждением, в котором ток для питания собственных элетромагнитов машина вырабатывала сама. Для этой цели Сименс использовал явление остаточного магнетизма. Когда якорь машины начинали вращать, то благодаря остаточному магнетизму в обмотке возникал небольшой ток, который направлялся в электромагниты, намагничивая их. Ток в якоре возрастает и еще больше увеличивает магнитное поле электромагнитов. Такие электрические машины называются самовозбуждающимися. Дальнейшее развитие электрической машины связано с изобретением кольцевого якоря. Итальянский физик и изобретатель Антонио Пачинотти (1841-1913) в 1859 г. построил электродвигатель с кольцевым зубчатым якорем, а в 1860 г. – двигатель постоянного тока с коллектором, указал на возможность его преобразования в динамомашину постоянного тока. В двигателе Пачинотти обмотки якоря помещались между зубцами стального кольца и включались последовательно с обмоткой электромагнитов (рис.7.3г). При пропускании тока якорь вращался. Французский изобретатель Зеноб Гримм (1829-1901) в 1876г. создал генератор, который использовал принцип самовозбуждения и усовершенствовал кольцевой якорь, позволяющий устранить пульсацию тока (рис.7.3д). Американский изобретатель Томас Альва Эдисон находит хороший способ уменьшить нагрев машины. С этой целью якорь набирается из большого числа дисков из листовой стали, изолированных друг от друга и от вал. Эдисон предложил свою схему обмоток, разработал конструкцию коллектора, в котором было устранено искрение и значительно уменьшен износ пластин (рис.7.3е). Немецкий электротехник Гефнер-Альгенек (1845-1904) изобрел в 1872 г. барабанный якорь электрической машины постоянного тока (рис.7.3ж). Постепенно электродвигатели постоянного тока стали применять для разнообразных рабочих машин, станков и механизмов. Происходит переход от группового привода к индивидуальному. У отдельного электропривода большие преимущества: 1. Станки с электродвигателем можно установить в любом месте. 2. Электроэнергия подводится с помощью проводов. 3. В зависимости от потребностей можно применять электродвигатели разной мощности. Постепенно электродвигатель сросся с машиной и стал неотъемлемой ее частью. |