|
|
 |
Электродвигатель (часть четвертая)
Описанное выше устройство принципом действия соответствует двигателю Бейли, изобретенному в 1879 году. Бейли устроил два электромагнита с четырьмя крестообразно расположенными полюсами, которые могли намагничиваться при помощи выключателя. Над полюсами был установлен медный кружок, подвешенный на острие. Изменяя полярности магнита, включая и выключая их, Бейли добился вращении кружка так же, как это происходило в опыте Арго. Идея подобного двигателя интересна, тем что здесь не требуется подводить ток к ротору. Но в той форме, в которой этот двигатель был создан Бейли, асинхронный двигатель еще не мог иметь практического применения: переключение электромагнитов в нем происходило под действием слишком сложного коллектора, и, кроме того, двигатель имел очень низкий КПД. Но до практического применения этого двигателя оставался только шаг, и он был сделан при появлении техники многофазных токов. Собственно, многофазные токи и были востребованы в первую очередь благодаря электродвигателям. Для того чтобы понять, что такое, к примеру, двухфазный ток, попробуем представить два независимых друг от друга проводника, в которых протекают два совершенно одинаковых переменных тока. Единственная разница между ними заключается в том, что ток в них не одновременно достигает своих максимумов. Про такие токи можно сказать, что они сдвинуты друг относительно друга по фазе, а если эти токи подвести к одному электроприбору, то считается, что тот питается двухфазным током. Соответственно, может быть трехфазный ток (если питание прибора будет происходить от трех одинаковых токов, сдвинутых друг относительно друга по фазе), четырехфазный ток и так далее. В течении длительного времени в технике была возможность использовать только обычный переменный ток (который стали позже, по аналогии с многофазными токами, называть однофазным). Но как показала практика многофазные токи во многих случаях гораздо удобнее однофазного.
В 1888 г. итальянский физик Феррарис и югославский изобретатель Тесла (работавший в США) открыли явление вращающегося электромагнитного поля. Сущность его состоит в следующем. Возьмем, к примеру, две катушки, состоящие из одинакового числа витков изолированного провода, и разместим их взаимно перпендикулярно таким образом, чтобы одна катушка входила в другую. Теперь представим, что катушку 1 обтекает ток i1 а катушку 2 — ток i2, причем i1 опережает i2 по фазе на четверть периода. Это, как мы уже говорили, означает, что ток i1, достигает положительного максимума в тот момент, когда сила тока i2 равна нулю. Если мы мысленно разрежем катушки вдоль горизонтальной плоскостью и посмотрим сверху, то будет видно сечения четырех сторон обеих катушек. Разместим между ними магнитную стрелку, и будем наблюдать за ее движением. Катушки, через которые протекает переменный ток, являются электромагнитами. Их магнитное поле начнет взаимодействовать со стрелкой, поворачивая ее. Если теперь рассмотреть положение магнитной стрелки, ось которой совпадает с вертикальной осью катушек в различные моменты времени, то в начальный момент времени (t=0) ток в первой катушке равен нулю, а во второй проходит через отрицательный максимум (направление тока будем обозначать так, как это принято в в электротехнике — точкой и крестиком; крестик означает, что ток направляется от наблюдателя за плоскость чертежа, а точка — что ток направляется к наблюдателю). В момент t1 токи i1 и i2 равны друг другу, но один имеет положительное направление, а другой — отрицательное. В момент t2 величина тока i2, нисходит до нуля, а ток i1 достигает максимума. Стрелка при этом сдвинется на 1/8 оборота. Если проследить развитие процесса, будет видно, что, по окончании периода изменений одного из токов магнитная стрелка совершит полный оборот вокруг оси. Затем процесс повторится. Значит, при помощи двух катушек, питаемых двумя токами, сдвинутыми друг относительно друга по фазе на четверть периода, можно получить эффект как от перемены магнитных полюсов, которого добился в своем двигателе Бейли, но здесь это получается намного проще, без применения коммутатора и без использования скользящих контактов, поскольку перемагничиванием управляет сам ток. Этот эффект называется в электротехнике равномерно вращающимся магнитным полем. Именно на его основе Тесла сконструировал первый в истории двухфазный асинхронный двигатель. Тесла вообще был первым, кто стал экспериментировать с многофазными токами, и одним из немногих кто смог разрешить успешно проблему генерирования таких токов.
Так как получить двухфазный ток из однофазного было довольно сложно, Тесла сконструировал генератор, который давал сразу два тока с разностью фаз в 90 градусов (что и есть отставание на четверть периода). В этом генераторе между полюсами магнита вращались две взаимно перпендикулярные катушки. В то время, когда витки одной катушки находятся под полюсами и индуцирующийся в них ток максимален, витки другой катушки находятся между полюсами (на нейтральной линии), электродвижущая сила в них равна нулю, и два тока, генерируемые в этих катушках, были точно также сдвинуты по фазе относительно друг друга, на четверть периода. Точно так же получают трехфазный ток (только катушек три, под углом 60 градусов друг к другу), но Тесла считал более целесообразной двухфазную систему. Действительно, многофазные системы тока требуют большего количества проводов. Ведь если двигатель, работающий на обычном переменном (однофазном) токе, требует двух подводящих проводов, то для работающего на двухфазном — уже необходимо четыре, для трехфазном — шести. Концы каждой катушки были выведены на кольца, расположенные на валу генератора. Ротор двигателя имел обмотку в виде двух расположенных под прямым углом друг к другу замкнутых на себя (не имеющих никакой связи с внешней электрической цепью) катушек.
Изобретение Теслы положило начало новой эры в электротехнике, вызвало всплеск интереса во всем мире. Уже в июне 1888 году фирма «Вестингауз Электрик Компани» приобрела у Теслы за миллион долларов все патенты на двухфазную систему и предложила организовать на своих заводах производство асинхронных двигателей. И эти двигатели поступили в продажу буквально через год. Они были намного лучше и надежнее всех моделей, разработанных на тот момент времени. Но эти двигатели не смогли получить широкого распространения, из-за неудачной конструкции. Обмотка статора, выполненная в виде катушек, насаженных на выступающие полюса. Неудачной оказалась и ротора, в виде барабана, с двумя взаимно перпендикулярными, замкнутыми на себя катушками. Это заметно снижало качество двигателя, как в момент пуска, так и во время работы.
Категория: История,
Добавлено: Александр Баринов 02.02.2007 в 12:23 PM |
|
|
