Электродвигатель (часть пятая).
По прошествии времени индукционный двигатель Теслы был в значительной степени переработан и усовершенствован русским электротехником Доливо Добровольским. Исключенный в 1881 году по политическим мотивам из Рижского политехнического института, Доливо Добровольский уехал в Германию. Закончив Дармштадтское высшее техническое училище и с 1887 года начал работу в крупной германской электротехнической фирме АЭГ. Первым серьезным новшеством, внесенным Доливо Добровольский в асинхронный двигатель, было создание ротора с обмоткой «в виде беличьей клетки». Во всех предыдущих моделях асинхронных двигателей роторы были очень неудачными, что не позволяло КПД превысить значение других типов электрических двигателей. (Феррарис, создал асинхронный двухфазный двигатель с КПД порядка 50% и считал это пределом.) В двигателе очень важную роль играл материал, из которого был изготовлен ротор, поскольку тот должен был отвечать сразу двум критериям: иметь малое электрическое сопротивление (чтобы индуцируемые токи могли свободно протекать через его поверхность) и иметь хорошую магнитную проницаемость (чтобы энергия магнитного поля не растрачивалась понапрасну). С точки зрения уменьшения электрического сопротивления лучшим конструктивным решением мог бы стать ротор в виде медного цилиндра. Но медь является плохим проводником для магнитного потока статора и КПД такого двигателя остается очень низким. Если медный цилиндр заменить стальным, то магнитный поток заметно возрастал, но, поскольку электрическая проводимость стали значительно меньше, чем электрическая проводимость меди, КПД снова оставался невысоким. Доливо Добровольский нашел решение. Он выполнил ротор в виде стального цилиндра (это привело к уменьшению его магнитного сопротивления), а в просверленные по периферии цилиндра каналы стал закладывать медные стержни (что уменьшало уже электрическое сопротивление). На лобовых частях ротора эти стержни электрически соединялись друг с другом (замыкались сами на себя). Решение Доливо Добровольского оказалось эффективным. После получения патента на свой ротор, его устройство принципиально не менялось вплоть на протяжении уже более чем ста лет, до настоящего времени.
После этого Доливо Добровольский стал искать пути усовершенствования конструкции статора (неподвижной части двигателя). Конструкция Теслы казалась Доливо Добровольскому нерациональной. Так как КПД электродвигателя напрямую зависит от полноты использования магнитного поля статора ротором, то, чем больше магнитных линий статора замыкаются на воздух (не проходят через поверхность ротора), тем больше будут потери электроэнергии, и тем меньше будет КПД. Чтобы этого не происходило, зазор между ротором и статором необходимо сделать как можно меньше. Двигатель Теслы с этой точки зрения был не лучшим образцом – выступающие полюса катушек на статоре оставляли слишком большой зазор между статором и ротором. Ы дополнение к этому в двухфазном двигателе не получалось равномерного движения ротора. Исходя из этого, Доливо Добровольский ставил перед собой две основных задачи: повышение КПД и большая равномерность работы. Первая задача была достаточно простой – необходимо только убрать выступающие полюса электромагнитов и равномерно распределить их обмотки по окружности статора, чтобы КПД двигателя сразу увеличился. Но как решить вторую проблему? Заметного уменьшения неравномерности вращения можно было добиться только уменьшением, лишь увеличив числа фаз с двух до трех. Но рационально ли это? Получение трехфазного тока, не представляло большого труда. Построить трехфазный двигатель технически тоже было не трудно, достаточно разместить на статоре три катушки вместо двух и каждую соединить двумя проводами с соответствующей катушкой генератора. Этот двигатель теоретически должен быть по всем параметрам лучше двухфазного, кроме одного момента — шести проводов питания, против четырех у двигателя Теслы. А тогда система выходит слишком громоздкой и дорогой. Но, может быть, существует возможность подключения двигателя к генератору каким нибудь другим способом? Доливо Добровольский разрабатывал все новые и новые схемы, наконец, решение, совершенно неожиданное и гениальное по своей простоте, было найдено.
Если сделать ответвления от трех точек кольцевого якоря генератора, соединить их с тремя кольцами, по которым скользят щетки, то при вращении якоря между полюсами на каждой щетке будет индуцироваться один и тот же по величине ток, но со сдвигом во времени, которое необходимо для того, чтобы виток переместился по дуге, соответствующей углу 120 градусов. Если сказать иначе, токи в цепи будут сдвинуты относительно друг друга по фазе также на 120 градусов. Но этой системе трехфазного тока оказалось присуще еще одно интересное свойство, какого не имела ни одна другая система многофазных токов — в любой момент времени, сумма токов, текущих в одну сторону, равна величине третьего тока, который течет в противоположную сторону, а сумма всех трех токов в любой момент времени равна нулю.
К примеру, в момент времени t1 ток i2 проходит через положительный максимум, а значения токов i1 и i3, имеющих отрицательное значение, достигают половины максимума и сумма их равна току i2. Это значит, что в любой момент времени один из проводов системы передает в одном направлении такое же количество тока, какое два других вместе передают в противоположном направлении. Значит, существует возможность использовать каждый из трех проводов в качестве отводящего проводника для двух других, соединенных параллельно, что дает вместо шести проводов всего три!
Чтобы детально пояснить этот весьма важный момент, создадим в воображении схему. Представим, что через круг, вращающийся вокруг своего центра, проходят три соединенных между собой проводника, в которых протекают три переменных тока, сдвинутых по фазе на 120 градусов. При своем вращении каждый проводник находится то на положительной, то на отрицательной части круга, при переходе из одной части в другую ток меняет свое направление. Эта система вполне обеспечивает нормальное протекание (циркуляцию) токов. В некоторый момент времени проводники I и II оказываются соединенными параллельно, а III отводит от них ток. Через некоторое время II переходит на ту же сторону, где сейчас находится III; теперь уже II и III работают параллельно, а I выполняет функцию отводящего ток провода. Затем на ту сторону, где еще находится I, переходит III ; теперь II отводит то количество, что III и I подводят вместе. Затем I переходит на ту сторону, где еще находится II, и все продолжается снова и снова.
Категория: История,
Добавлено: Александр Баринов 05.02.2007 в 5:55 PM |
|
|
