Электродвигатель (часть вторая).
Если допустить, что подвижные электромагниты занимают положение, в котором против каждого полюса неподвижных магнитов находится такой же полюс подвижного; то каждый неподвижный электромагнит будет отталкивать противоположный магнит барабана и притягивать близлежащий с противоположным полюсом. Если полюса неподвижных магнитов не будут асимметричны, то такое устройство не сможет работать, действие различных магнитов уравновесит друг друга. Но, благодаря выступу полюсных наконечников неподвижных магнитов, каждый из них притягивает ближайший, по направлению часовой стрелки, слабее, чем другой, из за этого первый будет приближаться к нему, а последний, наоборот, будет удаляться. Через четверть оборота (если рассматривать двигатель Якоби, то через одну восьмую) один против другого будут находиться разноименные полюса, но в этот момент коммутатор изменит направление тока в подвижных магнитах на противоположное, и один против другого будут опять одноименные полюса, как и в начале движения. Подвижные магниты вновь получают толчок в том же направлении, и так продолжается постоянно, пока остается замкнутым ток в системе.
 Коммутатор является важной и продуманной частью двигателя. Вначале он состоял из четырех металлических колец, закрепленных на валу и изолированных от него; в каждом кольце было четыре выреза, которые соответствовали 1/8 части окружности. Вырезы заполнены изолирующими деревянными вкладышами; каждое кольцо смещено на 45 градусов, по отношению к предыдущему. По окружности кольца скользил рычаг, похожий на своеобразную щетку; второй конец рычага был погружен в сосуд с ртутью, к которому подводились проводники от батареи (соединения с ртутью были самыми распространенными в то время контактными устройствами).
Диски, установленные на валу двигателя, вращались вместе с ним. По ободу диска скользили металлические рычаги, при попадании на непроводящую часть диска, прерывали электрическую цепь, а при соприкосновении с металлом — замыкали ее. Расположение дисков было таково, что в момент, когда встречались разноименные полюса, контактные рычажки переходили через грань дерево металл, меняя направление в обмотке электромагнитов. Таким образом, при каждом повороте кольца электрическая цепь разрывалась четыре раза.
Для своего времени двигатель Якоби был самым совершенным электротехническим устройством. В 1834 году подробное сообщение о принципах его работы и устройстве было представлено Парижской академии наук. В 1838 году Якоби доработал электромотор и, установив его на гребном боте, с десятью спутниками совершил небольшое плавание по Неве, электромотор позволил развить скорость 4, 5 км/ч. Источником тока была батарея гальванических элементов. Правда эти опыты пока что имели в основном демонстрационный характер. Это продолжалось до тех пор пока не был изобретен и внедрен в производство электрический генератор. До этого времени электродвигатели не могли найти широкого применения даже в промышленности, питать их от батареи было слишком дорого и невыгодно. Да и в последующие годы двигатели постоянного тока смогли получить лишь ограниченное применение. Гораздо более важную роль сыграют в производстве электромоторы, работающие на переменном токе.
Сила и направление переменного тока, как понятно из названия, не являются постоянными. Сила его сперва возрастает, от нуля до какой то величины, затем убывает до нуля, после чего ток меняет свое направление, возрастая до отрицательного максимума, и вновь убывает до нуля. (время, за которое величина тока меняется от одного максимума до другого, называют периодом колебания тока.) Этот процесс повторяется с большой частотой. К примеру, в обычной сети ток за 1 секунду меняет направление пятьдесят раз. Как такое поведение тока будет отражаться на работе электродвигателя? Сразу стоит отметить, что направление вращения электродвигателя не зависит от направления тока, ведь при перемене тока изменится полярность не только в якоре, но одновременно и в обмотках, а значит, притяжение и отталкивание продолжают действовать в ту же сторону, что и раньше. Из этого можно сделать вывод, что для двигателя абсолютно безразлично, каким током постоянным или переменным — он питается. Но это не так. При частом перемагничивании электромагнитов (несколько десятков раз в секунду) в них возникают вихревые токи, которые препятствуют вращению якоря и заметно разогревают его. Мощность электромотора резко падает, и в конце концов система выходит из строя. Поэтому для переменного тока необходима особая конструкция двигателя. Изобретатели не сразу смогли решить проблему. Сначала разработали модель синхронного двигателя переменного тока. Один из первых таких двигателей был сделан в 1841 году Чарльзом Уитстоном.
Обсудить на форуме.
|
Комментарии
Очень поучительные материалы... Намного интереснее, чем сухие учебники! Использую для обучения молодого поколения. Но!...
Богом молю - не скупитесь на чертежи или, по-крайней мере, рисунки.