Технические характеристики и описания оборудования

Тип вентилятора Тип электродвигателя Частота n, мин-1 Мощность, Nу, кВт Корректированный уровень звуковой мощности LрА, дБ(А)
на входе на выходе через стенки
ВРКК 250БЗ АИС56В4 1450 0,09 62 62 50
ВРКК 280АЗ АИС56В4 1480 0,09 62 62 50
ВРКК 280БЗ АИР56В4 1430 0,18 65 65 53
ВРКК 280Б1 АИРЕ56В4 1430 0,18 65 65 53
ВРКК 315АЗ АИР56В4 1430 0,18 65 65 53
ВРКК 315А1 АИРЕ56В4 1430 0,18 65 65 53
ВРКК 315БЗ АИР63А4 1485 0,25 69 69 57
ВРКК 315Б1 АИРЕ63А4 1485 0,25 69 69 57
ВРКК 355АЗ АИР63А4 1485 0,25 69 69 57
ВРКК 355А1 АИРЕ63А4 1485 0,25 69 69 57
ВРКК 355БЗ АИР71А4 1440 0,55 72 72 60
ВРКК 400АЗ АИР71А4 1440 0,55 72 72 60
ВРКК 400БЗ АИР80А4 1460 1,1 76 76 64
ВРКК 400Б1 5АЕУ80МВ4 1460 1,1 76 76 64
ВРКК 450АЗ АИР80А4 1460 1,1 76 76 64
ВРКК 450А1 5АЕУ80МВ4 1460 1,1 76 76 64
ВРКК 450БЗ АИР80В4 1440 1,5 80 80 68
ВРКК 500АЗ АИР80В4 1460 1,5 80 80 68
ВРКК 500БЗ АИР100S4 1455 3 83 83 71
ВРКК 560АЗ АИР100S4 1455 3 83 83 71
№  Тип вентилятора  Тип электродвигателя  Частота n, мин-1  Мощность, Nу, кВт   Корректированный уровень звуковой мощности LрА, дБ(А)  
3 фазные 1 фазные на входе на выходе через стенки
1 ВРПП 60х35А АИР63В4 АИРЕ63В4 1450 0,37 71 71 59
2 ВРПП 60х35Б АИР71В2 5АЕУ80МА2 2915 1,1 81 80 68
3 ВРПП 60х35В АИР80А2 5АЕУ80МВ2 2880 1,5 84 83 71
4 ВРПП 60х35Г АИР80А2 5АЕУ80МВ2 2890 1,5 87 86 74
5 ВРПП 70х40А АИР71В4 5АЕУ80МА4 1455 0,75 76 76 64
6 ВРПП 70х40Б АИР80А2 5АЕУ80МВ2 2880 1,5 84 83 71
7 ВРПП 70х40В АИР80А2 5АЕУ80МВ2 2915 1,5 87 86 74
8 ВРПП 70х40Г АИР80В2 RАЕС90L2 2890 2,2 87 86 74
9 ВРПП 80х50А АИР80А4 5АЕУ80МВ4 1460 1,1 76 76 64
10 ВРПП 80х50Б АИР80В2 RАЕС9012 2915 2,2 87 86 74
11 ВРПП 80х50В 2хАИР80А2 2х5АЕУ80МВ2 2890 2x1,5 91 90 78
12 ВРПП 100x50А АИР80В4 RАЕ90L4 1440 1,5 79 79 67
13 ВРПП 100x50Б АИР10034 1460 3 83 83 71
14 ВРПП 100x50В 2хАИР80А2 2х5АЕУ80МВ2 2890 2x1,5 91 90 78
Тип вентилятора  Тип электродвигателя  Частота n, мин-1  Мощность, Nу, кВт   Корректированный уровень звуковой мощности LрА, дБ(А)  
3 фазные 1 фазные на входе на выходе через стенки
ВРКК 2,5-4-3 350x350 АИС56В4 1450 0,09 62 62 50
ВРКК 2,5-4-1 350x350 АИРЕ56А4 1450 0,12 62 62 50
ВРКК 2,8-4-3 400x400 АИР56В4 1430 0,18 65 65 53
ВРКК 2,8-4-1 400x400 АИРЕ56В4 1430 0,18 65 65 53
ВРКК 3,15-4-3 450x450 АИР63А4 1485 0,25 73 72 60
ВРКК 3,15-4-1 450x450 АИРЕ63А4 1485 0,25 73 72 60
ВРКК 3,55-4-3 500x500 АИР71А4 1440 0,55 76 75 63
ВРКК 3,55-6-3 500x500 АИР63А6 950 0,18 63 63 51
ВРКК 4-4-3 560x560 АИР80А4 1460 1,1 80 79 67
ВРКК 4-4-1 560x560 5АЕУ80МВ4 1460 1,1 80 79 67
ВРКК 4-6-3 560x560 АИР63В6 940 0,25 67 67 55
ВРКК 4,5-4-3 630x630 АИР80В4 1440 1,5 83 83 70
ВРКК 4,5-6-3 630x630 АИР71В6 965 0,55 71 71 59
ВРКК 5-4-3 710x710 АИР100S4 1455 3 86 86 74
ВРКК 5-6-3 710x710 АИР80А6 955 0,75 74 74 62
ВРКК 5,6-4-3 800x800 АИР112М4 1470 5,5 90 90 77
ВРКК 5,6-6-3 800x800 АИР90L6 965 1,5 77 77 65
Трансформатор ТМГ, трансформатор ТМ, трансформатор ТСЗ – описание, характеристики

Силовые трансформаторы серии ТМГ, трансформаторы ТМ, трансформаторы ТСЗ
Трехфазные масляные трансформаторы серии ТМГ (трансформатор ТМГ, ТМ, ТСЗ) предназначены для преобразования электроэнергии в сетях энергосистем и потребителей электроэнергии в условиях наружной или внутренней установки умеренного (от плюс 40оС до минус 45оС) или холодного (от плюс 40оС до минус 60оС) климата. Окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая пыли в концентрациях, снижающих параметры изделий в недопустимых пределах. . Трансформаторы ТМГ, ТМ, ТСЗ не предназначены для работы в условиях тряски, вибрации, ударов, в химически активной среде. Высота установки над уровнем моря не более 1000 м.
Номинальная частота 50 Гц. Регулирование напряжения осуществляется в диапазоне до ± 5 % на полностью отключенном трансформаторе (ПБВ) переключением ответвлений обмотки ВН ступенями по 2,5 %.
Трансформаторы ТМГ, ТМ, ТСЗ герметичного исполнения, без маслорасширителей. Температурные изменения объема масла компенсируются изменением объема гофров к бака за счет пластичной их деформации.
Для контроля уровня масла трансформаторы снабжаются маслоуказателем поплавкового типа.
Для недопущения избыточного давления в баке сверх допустимого в трансформаторах мощностью от 16 до 63 кВ.А устанавливается предохранительный клапан. Для контроля внутреннего давления в баке и сигнализации в случае превышения им допустимых величин в трансформаторах мощностью 100 кВ.А и выше, размещаемых в помещении предусматривается (по заказу потребителя) установка электроконтактного мановакуумметра.
Для измерения температуры верхних слоев масла и управления внешними электрическими цепями трансформаторов ТМГ, ТМ, ТСЗ мощностью 1000 кВ.А (по заказу потребителя) комплектуется манометрическим сигнализирующим термометром. Трансформаторы ТМГ, ТМ, ТСЗ мощностью 160 кВ.А и выше (по заказу потребителя) комплектуются роликами для перемещения трансформатора.
Трансформаторы мощностью 160 кВ.А и выше (по заказу потребителя) комплектуются роликами для перемещения трансформатора.
Тип Мощность,кВА Номинальные
напряжения
обмоток, кВ
Вид и диапазон
переключения
напряжения
Схема и группа
соединения
обмоток
Масса, кг Длина х ширина х высота, мм
ВН НН
ТМГ-25/10-У1 25 6,0
10,0
0,4 ПВБ
+ 2 х 2,5%
У/Ун-0;
У/Zн-11
290 780 х 650 х 840
ТМГ-40/10-У1 40 350 780 х 755 х 950
ТМГ-63/10-У1 63 390 780 х 755 х 950
ТМГ-100/10-У1 100 595 1040 х 800 х 1085
ТМГ-160/10-У1 160 У/Ун-0;
Д/Ун-11
780 1040 х 800 х 1170
ТМГ-250/10-У1 250 6,0; 6,3;
10,0; 10,5
1035 1480 х 890 х 1260
ТМГ-400/10-У1 400 6,0; 6,3;
10,0; 10,5
0,4 У/Ун-0;
Д/Ун-11
1530 1540 х 890 х 1520
10,0 0,23 Ун/Д-11
ТМГ-630/10-У1 630 6,0; 6,3;
10,0; 10,5
0,4 У/Ун-0;
Д/Ун-11
2100 1720 х 1000 х 1560
6,3 0,23 Ун/Д-11
ТМГ-1000/10-У1 1000 6,0; 6,3;
10,0; 10,5
0,4 У/Ун-0;
Д/Ун-11
3030 1720 х 1080 х 1810
10,0 0,23 Ун/Д-11 3150 1720 х 1080 х 1900
10,0 6,3 Ун/Д-11 3460 1720 х 1080 х 1810
ТМГ-1250/10-У1 1250 6,0; 6,3;
10,0; 10,5
0,4; 0,69 У/Ун-0;
Д/Ун-11
3440 1860 х 1100 х 2130
ТМГ-100/20-У1 100 20,0 0,4 У/Ун-0 845 1220 х 900 х 1225
ТМГ-160/20-У1 160 У/Ун-0;
Д/Ун-11
980 1220 х 900 х 1280
ТМГ-250/20-У1 250 950 1540 х 920 х 1380
ТМГ-400/20-У1 400 1230 1540 х 920 х 1635
ТМГ-100/35-У1 100 35,0 0,4 У/Ун-0 880 1220 х 900 х 1520
ТМГ-160/35-У1 160 1020 1220 х 900 х 1640
ТМГ-250/35-У1 250 1110 1540 х 920 х 1735
ТМГ-400/35-У1 400 1340 1540 х 920 х 2015



Насосное оборудование, его виды. Назначение насоса
Насосы это гидравлические машины, преобразующие механическую энергию приводного электродвигателя в энергию жидкости, тем самым, создающие потоки жидкой среды. Насосное оборудование, исходя из его функционального назначения, имеет технические характеристики, основными из которых являются подача и напор (давление): • подача – это объём жидкости, подаваемый насосом в единицу времени, выраженной в м?/час (кубометров в час) или л/сек. (литров в секунду). • напор - это разность удельных энергий жидкости в сечениях после и до насоса, выраженная в метрах водного столба. Насосы объёмного типа характеризуются использованием понятия «давление», выраженное в атмосферах (кГс/см2) или в мегапаскалях (МПа) (один мегапаскаль условно равен 10 атмосферам). Отсюда вытекает классическая «напорная» характеристика насоса, в которой по оси абсцисс откладывается подача, а по оси ординат – напор для группы - "центробежные насосы" и, наоборот, для насосов объёмного типа. К центробежным насосам относятся следующие виды насосного оборудования - консольные насосы для воды, бензиновые, песковые, грунтовые, насос ЭЦВ, насос АНС, секционные многоступенчатые ЦНС и ЦНСГ, насос ГНОМ, черпаковые для сж. газов, насосы шахтные, питательные ЦВК, фекальные насосы, фекальные-погружные, вертикальные морские, вихревые- насос ВКС и ВК, конденсатные, нефтяные, горизонтальные - насос Д, 1Д, 2Д, 3Д, массные, циркуляционные, химические, пищевые, герметичные, аммиачные, с ДВС, осевые, погружные насосы, роторно-пульсационные, котлов-утилизаторов НКу, питательные ПЭ, бытовые, скважинные насосы погружные и полупогружные. Насосное оборудование объемного типа: насосы винтовые, дозировочные, плунжерные, паровые поршневые, лифтовые, ручные. Выбирая насосное оборудование, следует учитывать разброс параметров насоса по подаче и напору, в том числе при различных диаметрах рабочего колеса, а также исключить возможность работы насоса при параметрах, которые выходят за пределы рабочей зоны характеристики насоса. Вакуумметрическая высота всасывания насоса Важный гидравлический параметр насоса - допускаемая вакуумметрическая высота всасывания, характеризующая нормальные условия подхода жидкости к рабочему колесу. Эта величина выражается в метрах водяного столба. Благоприятные условия подхода перекачиваемой жидкости к рабочему органу насоса обеспечиваются в том случае, когда перепад давления жидкости между свободной поверхностью резервуара (водоема) и осью рабочего органа достаточен для преодоления жидкостью расстояния между свободной поверхностью резервуара и осью рабочего органа (геометрическая высота всасывания) с учетом потерь на всасывающей линии и наличия скоростного напора на входе в насос (вакуумметрическая высота всасывания). Вакуумметрическая высота всасывания определяется по показанию вакуумметра. Допускаемая вакуумметрическая высота всасывания это высота, выраженная в метрах водяного столба, при которой обеспечивается работа насоса без изменения основных технических показателей. При превышении допускаемой высоты всасывания на работающем насосе происходит вскипание перекачиваемой жидкости, образование пузырьков, которые при попадании их в зону повышенного давления вызывают серию гидравлических ударов, называемых кавитацией. Всасывающие свойства конкретного насоса зависят от давления окружающей среды, давления на входе в насос, скорости жидкой среды на входе, её плотности и вязкости, а также от давления паров жидкости. Приводимые в разных каталогах параметры допускаемой вакуумметрической высоты всасывания приводятся для воды с температурой до 20°С и атмосферном давлении, равном 10 м. водяного столба. Для такой воды (жидкости) давление паров принято считать «нулевой», что не характерно для других жидкостей и воды с более высокой температурой. Например, для воды давление паров в зависимости от температуры меняется следующим образом:
  Температура, °С  40  60  80  100  120
  Давление паров (м.)  0,8  2,0  5,0  11,0  22,0
Повышение температуры воды (жидкости), а следовательно и повышение давления её паров, снижает допускаемую вакуумметрическую высоту всасывания на соответствующее количество метров. Обеспечение бескавитационной работы насоса При формировании требований к условиям бескавитационной работы насоса вместо ранее применяемого показателя - допускаемая вакуумметрическая высота всасывания, стали применять расчетный параметр – допускаемый кавитационный запас. Эта величина, так же выраженная в метрах, характеризует запас (этих самых метров) обеспечивающих работу насоса без изменения основных технических показателей. Большая часть неприятностей при эксплуатации насосного оборудования, как это показала практика, связана с плохими условиями на всасывании насоса и возникновением, вследствие этого, кавитации. Кавитация приводит к быстрому износу насоса или к его разрушению из-за вибрации, и чаще всего подшипниковых узлов. При появлении признаков неустойчивой работы насоса на это следует обратить внимание. При обращении за консультацией по работе насоса, следует внимательнейшим образом характеризовать всасывающую линию, учитывая, что на всасывающую способность насоса отрицательно влияют следующие факторы: - высокая температураперекачиваемой жидкости(более 60°С); - неплотности во фланцевых соединениях и «сальниковой» запорной арматуре на всасывающей линии; - большая протяжённость и малый диаметр всасывающей линии; - засорение всасывающей линии. Регулирование работы насосного агрегата Как и всякую машину, насосный агрегат характеризует потребляемая мощность, определяющая выбор комплектующего двигателя. В качестве привода в насосном оборудовании, чаще всего, используют общепромышленные асинхронные электродвигатели. Кроме них на практике и в зависимости от условий эксплутации и перекачиваемых сред, применяют и другие виды двигателей (бензиновые, дизельные, взрывозащищенные электродвигатели и т.д.). Величина необходимой мощности насоса находится в зависимости от величины напора и подачи, вязкости и плотности перекачиваемой жидкости (потребляемая мощность возрастает с повышением удельного веса и увеличением вязкости). Под регулированием работы насоса подразумевается процесс изменения соотношения между подачей и напором . Насосы регулируют тремя методами: - изменением числа оборотов привода; - конструктивным методом; - изменением условий работы системы «насос-сеть». Изменение числа оборотов электродвигателя является универсальным методом для изменения характеристики насоса. Данный метод актуален и для группы центробежные насосы, и для группы насосов объёмного типа. Но, при этом надо учитывать, что подача находится в прямой зависимости от оборотов, а напор (в центробежных насосах) – в квадратичной зависимости. При нынешнем уровне развития техники этот метод в насосостроении является дорогостоящим, но с точки зрения энергетических затрат, он более экономичен. В практике насосостроения нашло применение регулирование числа оборотов с помощью вариаторов, электромагнитных муфт скольжения (ЭМС), регулируемого электропривода (тиристорные преобразователи частоты ТПЧ) и используя синхронные электродвигатели. Положительная особенность этого метода в том, что в системе из нескольких рабочих насосов достаточно иметь один регулируемый насос, обеспечивающий регулирование всей системы. Такая схема значительно снижает затраты и обеспечивает конкурентоспособность данного метода. Разброс коэффициента полезного действия (КПД) насосных агрегатов велик (от 20 до 98%). Столь существенный разброс по КПД определяется разным характером взаимодействия рабочего органа с жидкостью. Существует закономерность: динамические насосы значительно уступают по этому параметру насосам объёмного типа. Для больших насосов значимость этого параметра велика. Одним из основных приёмов повышения КПД для центробежных насосов является обточка рабочего колеса. Конкретный подбор рабочего колеса под нужные режимы (подача и напор) позволяет, особенно на крупных насосах, получать значительную экономию энергии. Методы регулирования напора и подачи насосной станции Рассмотренные методы регулирования работы относятся непосредственно к насосу. Однако потребителей часто интересует насосная система, которая обеспечивает нужный напор и подачу. Такой системой является насосная станция. Регулирование подачи и напора насосной станции имеет более широкие возможности за счёт соединения насосов параллельно и (или) последовательно. При параллельном соединении насосов суммируется подача, при последовательном – напор. Если на насосной станции необходимо получить нужные рабочие параметры (Q-H), то всегда существует возможность путём комбинаций набора ряда насосов с ограниченной подачей соединить их параллельно, чтобы получить большую подачу и последовательно – чтобы получить больший напор. Это всегда осуществляется на насосных станциях. Для получения необходимого напора на автономных насосных станциях последовательное соединение применяется реже (бустерные или напорные насосы). На практике повышение напора осуществляется через отдельные каскады насосных станций (станции I, II, III-го подъёма). Следует обратить внимание, что последовательно и параллельно соединяя центробежные насосы, имеющие пологую напорную характеристику, не удасться, как правило, получить двойное значение напора и подачи. Это происходит по следующим причинам: - при параллельном соединении не удаётся плавно соединить потоки из-за дополнительных изгибов и сужений напорных трубопроводов, необходимых для удобства монтажа. Это приводит к дополнительному сопротивлению сети и, соответственно, к смещению рабочей точки напорной характеристики в область меньших подач обоих насосов; - при последовательном соединении насосов уменьшение суммарного напора происходит из-за потерь на промежуточном участке между насосами, вызванных наличием дополнительной арматуры. При последовательном соединении следует обращать внимание на обеспечение необходимых условий всасывания на входе во второй насос. Допустимое давление на входе насоса, корпус которого изготовлен из чугуна, не должно превышать 8кГс/см? (80 м.), в то же время для стального корпуса давление 25 кГс/см?, как правило, является допустимым. Мягкий сальник допускает давление до 3,5 кГс/см?, торцевое уплотнение – 8 кГс/см? и выше. Щелевое и манжетное уплотнения, обеспечивающие самоуплотняющий эффект за счёт давления рабочей жидкости, поддерживают давление только с одной стороны и, соответственно, при этих типах уплотнения не допускается избыточное давление на входе в насос. Виды уплотнения и их маркировка Как правило, применяются следующие уплотнения: С - одинарное сальниковое уплотнение (без подачи затворной жидкости); СД - двойное сальниковое уплотнение (с подачей затворной жидкости); СП - промывочное сальниковое уплотнение; 2В(5) - торцовое одинарное; 2Г(55) - торцовое двойное; Щ - щелевое; М - манжетное. Если в скобках дополнительно указан другой вид уплотнения, то это означает возможность поставки насоса и с таким уплотнением. Возможности замены требуемого насоса При отсутствии требуемого насоса становится актуальным применение другого насоса или нескольких насосов, позволяющее обеспечить функционирование технологического процесса или системы водоснабжения. При анализе возможности замены следует начинать с изучения влияния на технологический процесс работы насоса с другими рабочими параметрами. Например, заменяя погружные насосы следует иметь в виду, что этот тип насоса работает, как правило, с периодическим отключением в зависимости от уровня откачиваемой жидкости. Это обстоятельство позволяет установить насос с большим (меньшим) значением подачи относительно оптимального значения, но при этом он будет реже (чаще) включаться. Одним из типовых решений по взаимозаменяемости насосного оборудования является применение двух или более насосов вместо одного, методом последовательного и (или) параллельного их соединения. Установка более высоконапорного насоса, чем это заложено в проекте, часто ограничивается вынужденным перерасходом электроэнергии за счёт установки более мощного электродвигателя в насосном агрегате. Прочностные характеристики элементов системы (трубы, арматура, сосуды и т.д.), как правило, позволяют варьировать величину напора центробежных, вихревых и осевых насосов в широком диапазоне. Трудности, возникающие при замене одного насоса другим При установке более мощного насоса (если это позволяет технологический процесс) следует обращать внимание на питающий кабель и пусковую электроаппаратуру . Применение одного насоса вместо другого часто затрудняется выходом параметров заменяющего насоса из рабочей зоны. При этом следует иметь в виду, что рабочая зона центробежных насосов во многом определяется экономичностью работы агрегата в этом диапазоне, т.е. работой с наибольшим значением КПД. Кроме того, выход параметров насоса из пределов рабочей зоны может вызвать неустойчивую работу насоса, существенную перегрузку электродвигателя и даже его выход из строя. Работа вне пределов рабочей зоны допустима в случаях необходимости и только в пределах плавно «падающей» части напорной характеристики. При этом, при увеличенной подаче следует обратить внимание, прежде всего, на температурные условия работы электронасосного агрегата (возможна перегрузка и перегрев электродвигателя и недопустимое повышение температуры всего агрегата). При использовании насоса в режиме с меньшей подачей, чем установлено «рабочей зоной», следует устранить такое возможное негативное явление в центробежном насосе, как работа в помпажном режиме. Чтобы устранить это недопустимое явление можно, использовать байпасирование (перепуск части подачи с напорной линии на всасывающую). При этом во внешней сети потребитель получает требуемую (меньшую) величину подачи, а сам насос работает в устойчивом диапазоне «падающей характеристики». С целью нахождения оптимального технического решения и нормальной эксплуатации насосного оборудования целесообразно воспользоваться консультацией наших специалистов, которые дадут рекомендации, позволяющие исключить трудности при эксплуатации, в том числе избежать перегрузки насосного агрегата, гидравлических ударов и форсированного кавитационного разрушения.

Изобретение насоса относится к глубокой древности. Первый насос для тушения пожаров, который изобрёл древнегреческий механик Ктесибий , был описан в 1 в. до н. э. древнегреческим учёным Героном из Александрии в сочинении "Pneumatica", а затем М. Витрувием в труде "De Architectura". Простейшие деревянные насосы с проходным поршнем для подъёма воды из колодцев, вероятно, применялись ещё раньше. До начала 18 в. поршневые насосы по сравнению с водоподъёмными машинами использовались редко. В дальнейшем в связи с ростом потребностей в воде и необходимостью увеличения высоты её подачи, особенно после появления паровой машины, насосы постепенно стали вытеснять водоподъёмные машины. Требования к насосам и условия их применения становились всё более разнообразными, поэтому наряду с поршневыми насосами стали создавать вращательные насосы, а также различные устройства для напорной подачи жидкостей. Т. о., исторически наметились три направления их дальнейшего развития: создание поршневых насосов, вращательных насосов и гидравлических устройств без движущихся рабочих органов.

Подъём в развитии поршневых насосов наблюдался в конце 18 в., когда для их изготовления стали применять металл и использовать привод от паровой машины. С середины 19 в. начали широко внедряться в производство паровые прямодействующие поршневые насосы. К этому периоду относится создание крыльчатых насосов , прообразом которых является поршневой насос с кольцевым цилиндром, описанный французским инженером А. Рамелли в 1588 ("Le diverse et articiose machine"). Развитие теории поршневых насосов тесно связано с работами отечественных учёных и инженеров (К. Бах, Г. Берг, А. П. Герман, В. Г. Шухов, П. К. Худяков, И. И. Куколевский, А. А. Бурдаков и др.). Достижения в области поршневых насосов были широко использованы также при создании поршневых компрессоров, гидравлических прессов и др. устройств, но сами поршневые насосы начиная с 20-30-х гг. 20 в. стали заметно вытесняться из ряда областей центробежными, роторными и др.

Другой путь развития насосов начался с изобретения так называемых вращающихся насосов, имевших по одному ротору, которые также были описаны Рамелли. Н. с эксцентрическим ротором является прототипом современных шиберных насосов . В 1624 И. Лейрехон в книге "La rеcrеation mathеmatiqae" описал двухроторный коловратный насос , который можно рассматривать как прообраз современных зубчатых насосов. В дальнейшем появились и др. разновидности роторных насосов, представителем которых является, например, лабиринтный насос , созданный уже в 50-е гг. 20 в. Первый вихревой насос, названный центробежным самовсасывающим, был предложен в 1920 в Германии инженером С. Хиншем, затем появились и др. разновидности.

Идея использования центробежной силы для подачи жидкостей возникла в 15 в. ещё у Леонардо да Винчи и, по-видимому, независимо от него была реализована в начале 17 в. французским инженером Бланкано, построившим простейший центробежный насос для подачи воды, рабочим органом которого служило открытое вращающееся колесо. Один из первых центробежных насосов со спиральным корпусом и четырёхлопастным рабочим колесом был предложен французским учёным Д. Папеном , который усовершенствовал конструкцию ранее известной воздуходувки "Hessians". В конце 19 в., когда появились быстроходные тепловые, а затем электрические двигатели, центробежные насосы получили более широкое применение. В 1838 русский инженер А. А. Саблуков на основе созданного им ранее вентилятора построил одноступенчатый центробежный насос, в 1846 американский инженер Джонсон предложил многоступенчатый горизонтальный насос, в 1851 аналогичный насос был создан в Великобритании по патенту Гуинна ( насос Гуинна), в 1899 русский инженер В. А. Пушечников разработал вертикальный многоступенчатый насос для буровых скважин глубиной до 250 м . Этот насос, построенный в Париже на заводе Фарко ( насос Фарко), предназначался для водоснабжения Москвы, имел подачу 200 м 3 /ч , кпд до 70%. В России первые центробежные насосы начали изготовлять в 1880 на заводе Г. Листа в Москве.

Развитие осевых насосов основывалось на опыте аналогичных им гидротурбин . Проектирование и исследование осевых (пропеллерных и поворотно-лопастных) насосов относится к концу 19 - началу 20 вв. Эти насосы разрабатываются начиная с 1932 на заводе "Борец" (под руководством М. Г. Кочнева), во Всесоюзном научно-исследовательском институте гидромашиностроения (С. С. Руднев и др.), в харьковском институте "Промэнергетика" (Г. Ф. Проскура и др.), а с 1934 на опытной установке в г. Дмитрове (под руководством И. Н. Вознесенского). Большую роль в создании теории и совершенствовании конструкции центробежных и осевых насосов сыграли труды Л. Эйлера, О. Рейнольдса, Н. Е. Жуковского, С. А. Чаплыгина, К. Пфлайдерера и др. учёных.

Третье направление развития устройств для напорной подачи жидкостей объединяет несколько путей создания и совершенствования насос-аппаратов. Прототипы вытеснителей, согласно свидетельству Герона, изготовлялись уже в Древней Греции (устройства для вытеснения из сосуда воды подогретым воздухом или водяным паром). Первым вытеснителем производственного назначения была предложенная в 1698 английским инженером Т. Севери паровая водоотливная установка. Это устройство можно считать прототипом изобретённого в Германии в 1871 Халлем пульсометра , имевшего 2 камеры и действовавшего автоматически.

Идея использования сжатого воздуха для подачи воды высказывалась в 1707 Папеном и др. инженерами, но практически была применена значительно позже (в 20 в.) - в монжусе и в двухкамерном водоподъёмнике вытеснения для водяных скважин (конструкция инженера В. П. Савотина). Подача воды под действием давления продуктов сгорания жидкого топлива была осуществлена в Великобритании в 1911 Н. Л. Гемфри.

Принципиально иной способ подачи воды или нефти из скважин с помощью сжатого воздуха или др. газа был применен в газлифтах , которые были предложены в середине 19 в., а позднее нашли и практическое применение (с 1897 в России на нефтепромыслах в Баку, с 1901 в США).

С изобретением Монгольфье в 1796 автоматически действующего гидравлического тарана наметился ещё один путь развития устройств для напорной подачи жидкости, принцип действия которых был основан на использовании для подачи воды периодически создаваемых гидравлических ударов. В дальнейшем были предложены различные конструкции гидравлических таранов.

Одной из разновидностей насос-аппаратов явился водоструйный насос , который как лабораторный прибор был предложен английским учёным Д. Томпсоном в 1852 и служил для отсасывания воды и воздуха. Первый промышленный образец струйного аппарата применил инженер Нагель в 1866 (предположительно в Германии) для удаления воды из шахт. Позднее созданы различные струйные насосы в виде водо-водяных эжекторов, паро-водяных инжекторов и многие др. Основы теории струйных насосов были заложены в работах Г. Цейнера и У. Ранкина во 2-й половине 19 в. и получили существенное развитие в 30-х гг. 20 в. благодаря исследованиям американских инженеров О'Брайена и Гослина и советских специалистов Л. Д. Бермана, К. К. Баулина, А. Н. Ложкина, Е. Я. Соколова, Н. М. Зингера и др. Позднее предложен гидропневматический водоподъёмник для скважин (В. П. Сироткин, Я. С. Суреньянц), в конструкции которого объединены струйный насос и эрлифт. Одним из направлений развития насос-аппаратов является создание магнитогидродинамических насосов . Первые такие насосы на постоянном токе были предложены Голденом (1907) и Гартманом (1919) и насосы на переменном токе - Чаббом (1915). Однако широко их стали применять только в 50-60-е гг. 20 в., главным образом в связи с успехами атомной энергетики. Т. о., техника подъёма и перемещения вначале только воды, а затем нефти и др. жидкостей в каждую эпоху в основном соответствовала уровню развития производительных сил и производственных отношений.

Любой электродвигатель обладает следующими основными характеристиками:
- Потребляемая мощность
- Максимальный КПД
- Номинальная частота вращения вала
- Номинальный момент.

Потребляемая мощность электродвигателя определяется как произведение напряжения питания, которое подведено к щеткам (речь идет исключительно о коллекторных асинхронных двигателях постоянного тока - к которым относятся все без исключения двигатели, применяемые в приводах) на ток, протекающий через двигатель: P(Вт)=U(В)*I(А).
Максимальный КПД двигателя показывает, какая часть от подведенной энергии при номинальной нагрузке и номинальных оборотах преобразуется в механическую. КПД используемых в ЭПО коллекторных моторов составляет примерно 65..70%.
Механическая мощность двигателя есть произведение оборотов на момент: Pмех(Вт)=N(Рад/с)*M(Н*м), либо произведение электрической мощности на КПД: Pмех=P*КПД.
Стоит также сказать, что любой двигатель характеризуется зависимостью момента от оборотов - это называется механической характеристикой двигателя. У электродвигателей механическая характеристика <жесткая>: двигатель развивает примерно одинаковый по величине момент практически при любых оборотах вала, не превышающих максимальное значение. В зависимости от соотношения момента и оборотов, правда, значительно меняется КПД двигателя и потребляемый им ток. Так, например, при уменьшении оборотов двигателя потребляемый ток возрастает, а КПД падает (это очевидно из того, что произведение U*I (потребляемая мощность) возросло, а произведение N*M (механическая мощность) уменьшилось).
Габаритные размеры электродвигателя определяются в первую очередь количеством тепла, которое необходимо рассеивать в единицу времени. Предположив, что тип и КПД мотора фиксированы, масса двигателя линейно-пропорциональна его мощности. Отсюда следует первый важный вывод: максимальная достижимая мощность электродвигателей одного форм-фактора, КПД и массы идентична.
Соотношение числа полюсов ротора и статора определяет соотношение оборотов и момента на валу двигателя. Чем больше полюсов имеет ротор (соответственно увеличивается и число ламелей коллектора), тем выше будет номинальный момент двигателя и ниже номинальные обороты (при которых двигатель обладает наивысшим КПД).
Мощность постоянных магнитов статора определяет максимальный КПД двигателя, влияет на соотношение оборотов и момента на валу и на максимальную мощность. Двигатель со слабыми магнитами при прочих равных условиях будет вращаться с более высокими оборотами, но со значительно меньшим моментом. При попытке <нагрузить> мотор механической нагрузкой будет наблюдаться значительное снижение оборотов и значительное увеличение потребляемого тока с одновременным понижением КПД. Двигатель с мощными магнитами будет менее оборотистым и с более высоким моментом на валу. Мощные магниты являются одним из ключевых условий для возможности работы мотора на максимальной мощности.
Обмотки ротора характеризуются следующими основными параметрами: числом витков на зуб и активным сопротивлением. Между собой обмотки могут быть соединены двумя способами: звездой - у каждой обмотки один конец к отдельной ламели коллектора, а другой - в общий с другими обмотками узел, либо треугольником: к каждой ламели присоединен конец предыдущей обмотки и начало следующей. При числе полюсов более 3х конец и начало одной обмотки могут быть подсоединены не к двум последовательным ламелям, а через одну или несколько. В случае идентичного числа витков и толщины провода, соединение треугольником дает меньшее суммарное сопротивление, больший ток и бОльшую мощность при фиксированном напряжении питания. В заводских моторах обмотки всегда соединены треугольником.
Толщина провода и число витков связаны между собой, поскольку геометрическое пространство для обмотки фиксировано. Сечение провода всегда стараются максимизировать, чтобы максимально использовать доступное пространство: это снижает активное сопротивление обмоток и позволяет получить максимально высокий КПД, что в свою очередь позволяет снимать с мотора бОльшую мощность.
Провод обмоток может быть одножильным или многожильным. Многожильный провод проще мотать в домашних условиях (проще заполнить доступное для обмотки пр-во) и он дает чуть более высокий КПД за счет минимизации скин-эффекта, если использована, к примеру, высокочастотная широтно-импульсная модуляция питающего напряжения для плавного управления мощностью. Для коллекторных моторов обычно не актуально и поэтому обмотка выполнена в одну жилу.
Так как обмотки двигателя всегда занимают доступное пространство максимально плотно, максимальная мощность мотора не зависит от числа витков обмоток. Число витков определяет соотношение напряжения и тока при который двигатель развивает максимальную мощность. Двигатель с меньшим числом витков при неизменном напряжении питания будет потреблять бОльший ток и развивать более высокие обороты и момент. Двигатель с большим числом витков будет менее моментным и оборотистым при том же напряжении. Для работы с идентичной мощностью для маловиткового мотора требуется меньшее напряжение питания и больший ток, для многовиткового мотора - наоборот. При этом максимальная допустимая мощность обоих моторов будет одинакова и ограниченна условиями отвода тепла. Отсюда следует второй важный вывод: мощность мотора не зависит от типа намотки, тип намотки определяет лишь напряжение и ток, при которых двигатель разовьет свою максимальную мощность.
Дополнительным источником потерь и тепловыделения является щеточно-коллекторный узел. Контакт между щетками и вращающейся поверхностью коллектора обладает значительным активным сопротивлением, приводящим к нагреву. Кроме того, коллекторный узел создает дополнительное механическое сопротивление вращению вала, что также съедает часть мощности, преобразуя ее в тепло.
Что происходит с двигателем при перегреве?
В случае перегрева постоянных магнитов статора выше определенной температуры, называемой точкой Кури, те резко теряют свои магнитные свойства (на то время, пока температура превышает точку Кури). Лишившись <опоры> на внешнее магнитное поле, в обмотках ротора резко уменьшается генераторное ЭДС, противостоящее ЭДС источника питания - что эквивалентно уменьшению реактивного сопротивления обмоток. Ток через обмотки резко возрастает и тепловыделение значительно увеличивается, при этом двигатель не начинает производить больше механической работы: его момент и обороты остаются неизменными или даже понижаются. Точка Кури для обычных ферритовых магнитов наступает примерно при 80 градусах, для неодимовых может превышать 120 градусов Цельсия. Таким образом, перегрев мотора выше определенной температуры крайне опасен еще более резким нагревом и последующим выходом из строя.
По внешним признакам определить перегрев мотора очень сложно: частота вращения на слух не меняется и двигатель продолжает работать, а резкое увеличение тока и усиление нагрева невооруженным глазом не видно - до тех пор, пока из мотора не повалит дым.
При нагреве обмоток ротора выше 130-150 градусов начинается разрушение лакового изоляционного покрытия поводов, возможны межвитковые замыкания, увеличивающие ток и интенсивность нагрева еще сильнее. И хотя медь проводов обычно не плавиться (гораздо раньше сгорают щетки коллекторного узла или предохранитель - если есть), обмотки даже визуально становятся более темными или черными, для восстановления работоспособности мотора требуется перемотка.
В случае перегрева коллекторного узла поверхность ламелей начинает покрываться продуктами сгорания щеток, что значительно повышает сопротивление контакта щетки-коллектор и приводит к еще большему увеличению скорости нагрева. Увеличение тока через обмотки также приводит к увеличению тока через коллектор. Прежде, чем начнут плавиться и гореть открытым пламенем ламели и щетки, зачастую начинает плавиться и гореть изоляционная основа под ламелями коллектора.
Подводя итог, следует важный вывод: перегрев электродвигателя приводит к еще более быстрому усугублению ситуации и мотор выходит из строя очень быстро, скорость процесса ограничивается лишь теплоемкостью элементов двигателя и потребляемой мощностью. В случае начала перегрева до опасной температуры мотор нагревается за время от 5 до 30 секунд. Однако мотор не начнет перегреваться без определенных к этому предпосылок.
Ситуации, приводящие к перегреву мотора
Электродвигатель может перегреться в случае нарушения условий его работы, приводящих к внутреннему тепловыделению сверх допустимого уровня. Увеличение температуры внутри двигателя растет в трех случаях:
- При нарушении условий внешнего охлаждения (внешнего отвода тепла);
- При превышении допустимого тока;
- При превышении допустимого момента на валу.
Предположив, что условия воздушного охлаждения мотора неизменны, тогда имеем два способа перегреть мотор: повысив напряжение питания (при этом возрастает и ток) и/или увеличив механическую нагрузку на валу. Конкретизируя ситуацию до случая с электроприводным автоматом, увеличение момента на валу достигается установкой более жесткой боевой пружины, а увеличение напряжения - установкой аккумулятора с бОльшим числом элементов или меньшим внутренним сопротивлением. В большинстве случаев подобный прием не приводит к каким либо ощутимым последствиям потому, что мотор в приводе с запасом и изначально не работает на полную мощность в целях продления срока службы, а стрельба ведется относительно короткими очередями и мотор не успевает нагреться до опасной температуры.
Чтобы сохранить условия работы мотора неизменными, необходимо обеспечивать неизменные значения нагрузки на валу и напряжения питания. При установке более мощной пружины для сохранения момента на валу двигателя следует установить шестерни с бОльшим передаточным отношением (<моментные> ). При удачном подборе момент и обороты двигателя останутся неизменными (либо, по крайне мере, мало отличающимися от номинальных), однако будет наблюдаться некоторое снижение скорострельности, так как один цикл сжатия пружины будет происходить за большее число оборотов двигателя.
Чтобы легально повышать напряжение и момент без риска спалить движок, можно воспользоваться улучшением условий охлаждения двигателя: насверлить дополнительных отверстий в корпусе мотора и пространства вокруг него, установить на вал мотора небольшую крыльчатку для принудительной циркуляции воздуха, привинтить мотор к мощным металлическим элементам или радиаторам и т.д.
Подводя итог, можно сделать вывод относительно оправданности покупки <тюнинговых> моторов и их х-ках. Первое и самое главное: так как габариты мотора неизменны, максимальная мощность, которую можно снять с такого мотора, мало отличается от максимальной мощности штатного мотора. Положительные отличия могут заключатся в наличии в фирменном моторе более мощных редкоземельных магнитов и меньшем числе витков - такой двигатель будет обладать более высоким КПД, а максимальную мощность развивать при меньшем питающем напряжении. Однако, маловитковый мотор можно легко спалить, подав (к примеру) те же 14 вольт, которыми приходилось питать старый мотор для работы в паре со 140-ой (150-ой, 160-ой...) пружиной, так как двигатель с малым числом витков разовьет значительно бОльшую мощность. Таким же образом можно повредить саму механику внутри компрессора.

XX век - это мир техники. Могучие машины добывают из недр земли миллионы тонн угля , руды , нефти .Мощные электростанции вырабатывают миллиарды киловатт-часов электроэнергии .Тысячи фабрик и заводов изготавливают одежду , радиоприемники , телевизоры , велосипеды ,автомобили , часы и другую необходимую продукцию . Телеграф , телефон и радио соединяет нас со всем миром . Поезда , теплоходы , самолеты с большой скоростью переносят нас через материки и океаны .А высоко над нами, за пределами земной атмосферы , летают ракеты и искусственные Спутники Земли. Все это действует не без помощи электричества.

Человек начал свое развитие с присвоения готовых продуктов природы . Уже на первом этапе развития он стал применять искусственные орудия труда.

С развитием производства начинают складываться условия для возникновения и развития машин. Сначала машины , как и орудия труда лишь помогали человеку в его труде .Затем они стали постепенно заменять его .

В феодальный период истории впервые в качестве источника энергии была использована сила водяного потока. Движение воды вращало водяное колесо , которое в свою очередь приводило в действие различные механизмы .В этот период появилось множество разнообразных технологических машин. Однако широкое распространение этих машин часто тормозилось из-за отсутствия рядом водяного потока .Нужно было искать новые источники энергии , чтобы приводить в действие машины в любой точке земной поверхности . Пробовали энергию ветра , но это оказалось малоэффективным .

Стали искать другой источник энергии. Долго трудились изобретатели, много машин испытали - и вот , наконец , новый двигатель был построен .Это был паровой двигатель. Он приводил в движение многочисленные машины и станки на фабриках и заводах .В начале XIX века были изобретены первые сухопутные паровые транспортные средства -паровозы .

Но паровые машины были сложными , громоздкими и дорогими установками .
Бурно развивающемуся механическому транспорту нужен был другой двигатель - небольшой и дешевый . В 1860 г. француз Ленуар , использовав конструктивные элементы паровой машины , газовое топливо и электрическую искру для зажигания, сконструировал первый нашедший практическое применение двигатель внутреннего сгорания .

Все эти двигатели требовали топлива , и ученые в то же время работали над изобретением двигателя , работающего на электричестве. электродвигателя - бесшумного и небольшого . Первый электродвигатель сконструировал русский ученый Б.С. Якоби .

В настоящее время жизнь человечества без электродвигателя трудно представляется . Он используется в поездах , троллейбусах ,трамваях .На заводах и фабриках стоят мощные электрические станки .Электромясорубки , кухонные комбайны , кофемолки ,пылесосы - все это используется в быту и оснащено электродвигателями.

На мой взгляд изобретение электродвигателя - есть одно из важнейших достижений естествознания XIX столетия . К тому же , эта заслуга принадлежит русскому ученому .Важность этого открытия очевидна : электроэнергия стала в наше время доступной и дешевой . Благодаря сети электропроводов , ее можно подвести фактически в любую точку земного шара.

Если в конце прошлого века самая распространенная сейчас электроэнергия -электрическая - играла ,в общем, вспомогательную и незначительную в мировом балансе роль , то уже в 1930 г. в мире было произведено около 300 млрд. киловатт-часов электроэнергии .Вполне реален прогноз , по которому в 2000 г. будет произведено 30 тыс. млрд. киловатт-часов.

Процессу открытия электродвигателя я и посвящаю мою работу.

2. Предыстория электродвигателя.

Сложный и трудный путь прошла наука о гальваническом электричестве, прежде чем был создан первый практически пригодный электродвигатель. В нем как в фокусе зеркала сконцентрировались все важнейшие открытия и изобретения многих ученых разных стран 20-х и 30-х гг. XIX в. Все началось с создания первого источника постоянного электрического тока - вольтова столба, с изучения химических, тепловых и магнитных действий тока и с установления законов электрической цепи. Важное значение для всей электротехники, для предыстории электродвигателя имело изучение магнитных действий тока. Впервые факт действия электрического тока на магнитную стрелку твердо был установлен Г. X. Эрстедом.

Интеpеcнa история этого открытия . Идею о cвязи между электрическими и магнитными явлениями Эpcтед высказал еще в первом десятилетии X1X в. Oн полагал, что в явлениях природы, несмотря на все их многообразие , имеются сходство, что все они связаны между собой. Pyкoвoдcтвyяcь этой идеей, он поставил перед собой задачу выяснить на опыте, в чем эта связь проявляется.

Эрстед открыл , что если над проводником , направленным вдоль земного меридиана , поместить магнитную стрелку , которая показывает на север , и по проводнику пропустить электрический ток , то стрелка отклоняется на некоторый угол .

После того , как Эрстед опубликовал свои открытия , многие физики занялись исследованием этого явления .Французские ученые Био и Савар постарались установить закон действия тока на магнитную стрелку , т.е. определить , как и от чего зависит сила , действующая на магнитную стрелку когда она помещена около электрического тока .Они установили , что сила действующая на магнитный полюс ( на конец длинного магнита) со стороны прямолинейного проводника с током направлена перпендикулярно к кратчайшему расстоянию от полюса до проводника , и модуль ее обратно пропорционален этому расстоянию.

Познакомившись с работой Био и Савара можно было заметить , что для расчета «магнитной» силы , т.е. , говоря современным языком , напряженности магнитного поля , полезно рассматривать действие очень малых отрезков с током на магнитный полюс. Из измерений Био и Савара следовало, что если ввести понятие элемента проводника (l , то сила (F , действующая со стороны этого элемента на полюс магнита , будет пропорциональна (F ((l/r2)*Sin (, где ( l - элемент проводника , ( - угол , образованным этим элементом и прямой , проведенной из элемента (l в точку , в которой определяется сила , а r - кратчайшее расстояние от магнитного полюса до линии , являющееся продолжением элемента проводника .

После того , как было введено понятие силы тока и напряженности магнитного поля , этот закон стали записывать так :

?H = k*(I ?l/r2)*sin(, где ?H - напряженность магнитного поля , I – сила тока , а k – коэффициент , зависящий от выбора единиц , в которых измеряются эти величины .В международной системе единиц СИ этот коэффициент равен 1/4(.

Oпыт Aмпepa по взаимодействию токов,

Hoвый важнейший шаг в исследовании электромагнетизма был сделан французским ученым Ампером (1775— 1836) в 1820 г. Paздyмывaя над открытием Эpcтeдa, Aмпep пришел к coвepшенно новым идеям, Oн предположил, что магнитные явления вызывaютcя взаимодействием электрических токов. Kaждый магнит представляет собой систему замкнутых электpичеcкиx токов, плоскости кoтopыx перпендикулярны ocи магнита, Bзaимoдeйcтвиe магнитов ,их притяжение и oттaлкивaние объясняются пpитяжeниeм и отталкиванием, cyщecтвyющими между токами. Зeмнoй магнетизм также обусловлен электрическими токами, которые протекают в земном шape. Этa гепoтизa требовала, конечно, опытного пoдтвеpждeния. И Aмпep проделал целyю cepию oпытoв для ее oбocнoвaния.

Пepвыe oпыты Aмпepa заключались в обнаружении сил, действующих между проводниками, по которым течет электрический ток. Опыты показали, что два прямолинейных проводника с током, расположенные параллельно друг другу, притягиваются, если токи в них имеют одинаковое направление, и отталкиваются, если направление токов противоположно .Ампep пoкaзaл тaкже, чтo витoк c тoкoм и cпиpaлевидный пpoвoдник c тoкoм
(coленoид) ведyт ceбя кaк мaгниты. Двa тaкиx прoвoдпикa пpитягивaютcя и oттaлкивaютcя пoдoбнo двyм мaгнитным cтpелкaм .

В опытах Ампера

Свои первые сообщения о результатах опытов Ампер сделал на заседаниях Пapижcкoй академии наук осенью 1820 г.Пocлe этого он занялся разработкой теории взaимoдейcтвия проводников, по которым течет электрический ток.

Ампер решил в основу теории взаимодействия токов положить закон взaимoдейcтвия между элементaми токов. Нужно отметить, что Ампер говорил уже не просто о взаимодействии элементов проводников, как Био и Савар, а о взаимодействии элементов токов, так как к тому времени уже возникло понятие силы тока. И это понятие ввел сам Aмпep. следуя взглядам того времени о подобии элементарных сил силам тяготения,Ампер пpeдпoлoжил, что сила взаимодействия между элементами двух токов будет зависеть от расстояния между ними и должна быть направлена по прямой, соединяющей эти два элемента. проведя большое число опытов по определению взаимодействия токов в проводниках различной формы и пo-paзнoмy расположенных друг относительно друга, Aмпep в конце концов определил искомую силу. подобно силе тяготения она оказалась обратно пропорциональной квадрату расстояния между элeментaми электрических токов. В отличие от силы тяготения ее значение зависело еще и от относительной ориентации элементов токов. формулу, которую получил Ампер, мы приводить не будем. она оказалась неверной, потому что он заранее предположил, что сила взauмoдейcтвия между элементами токов должна быть направлена по прямой, соединяющей эти элементы. Ha самом же деле эта сила направлена под углом к этой прямой. однако вследствие того что Aмпep проводил опыты с замкнутыми постоянными токами, он получал при расчетах по своей формуле правильные результаты.
Оказывается, что для замкнутых проводников формула Ампера приводит к тем же результатам, что и исправленная впоследствии формула, выражающая силу взаимодействия между элементами токов, которая по-npежнeмy носит название закона Ампера.

Огромную роль в науке об электричестве сыграл созданный У. Стердженом в 1825 г. первый электромагнит. Его устройство было простым. Он представлял собой стержень из мягкого железа, покрытого для изоляции лаком, на который была намотана проволока. По сравнению с распространенными тогда постоянными магнитами этот электромагнит обладал значительными преимуществами, так как давал более сильный эффект.

Новый этап в развитии электротехники неразрывно был связан с именем М.Фарадея. Электрический ток вызывал магнитные действия, и вполне естественно было предположить, что и магнитные явления могут вызвать появление электрического тока. В 1831 г. в результате многолетних опытов М. Фарадею удалось осуществить «превращение магнетизма в электричество». Так было сделано одно из великих открытий XIX в. открытие электромагнитной индукции, оказавшее огромное воздействие на все последующее развитие электротехники. Опытами Фарадея было установлено, что электромагнитная индукция возникает как в неподвижном проводнике, находящемся в изменяющемся магнитном поле, так и в проводнике, который перемещается в неизменном магнитном поле. Введя понятие о магнитных силовых линиях, образующих магнитное поле, ученый доказал, что наведение тока в проводнике будет происходить только тогда, когда изменяется магнитный поток через контур. Открытие электромагнитной индукции дало возможность Фарадею понять и причину вращения магнитной стрелки при вращении диска, т. е. причину явления, открытого Араго. Он объяснил это взаимодействием наводимых в диске токов с магнитным полем. На основе изучения опыта Араго зародилась идея создания нового источника электрической энергии, которая практически была реализована только во 2-й половине XIX в. В 1834 г. электротехника обогатилась новым фундаментальным законом, открытым Э. X. Ленцем. Обобщая опыты Фарадея по электромагнитной индукции,он в результате своих исследований сформулировал закон, дававший возможность точно определить направление индуцированного тока. Так впервые в науке был сформулирован фундаментальный принцип обратимости. Ленц не только теоретически, но и экспериментально доказал, что, если вращать катушку между полюсами магнита, она будет генерировать электрический ток, и наоборот, если в нее послать ток, она будет вращаться. Это обстоятельство значительно позднее сыграло решающую роль в развитии всего электромашиностроения.

В 30-50-х гг. XIX в. одновременно с разработкой теоретических предпосылок, необходимых для создания первых электродвигателей и первых генераторов электрического тока, в ряде стран ученые и изобретатели настойчиво пытались практически реализовать эти предпосылки. Началось с создания физических приборов, с помощью которых можно было только опытным путем демонстрировать преобразование электрической энергии в механическую. Первый такой прибор был построен Фарадеем в 1821 г. С его помощью ученый установил, что электрический ток, проходящий по проводнику, может заставить этот проводник совершать вращение вокруг магнита или, наоборот, вызывать вращение магнита вокруг проводника. Важнейшее значение этого опыта заключалось в том, что он наглядно показал принципиальную возможность построения электродвигателя. В 1824 г. П. Барлоу также наглядно с помощью другого прибора продемонстрировал возможность превращения электрической энергии в механическую. Он расположил горизонтально два П-образных постоянных магнита и под ними поместил два медных зубчатых колесика, сидящих на одной оси.
Когда через колесики пропускался ток, они начинали вращаться в одном и том же направлении. Ученый при этом заметил, что перемена полярности контактов или перемена полюсов магнитов изменяла направление вращения колесиков. Этот прибор вошел в науку под названием «колеса Барлоу». В настоящее время он используется только в качестве демонстрационного прибора. Практического значения колесо Барлоу не имело. Однако в 20-х гг. XIX в. прибор сыграл свою роль, направив поиски экспериментаторов на создание практически пригодного электродвигателя.

Интересная модель электродвигателя в 1831 г. была предложена Д. Генри в статье «О качательном движении, производимом магнитным притяжением и отталкиванием». Конструктивно форма, предложенная Генри, интересна тем, что в ней впервые была сделана попытка использовать притяжение разноименных и отталкивание одноименных магнитных полюсов для получения качательного движения. В модели, построенной ученым, электромагнит совершал 75 качаний в минуту, а мощность двигателя была равна 0,044 Вт. Поэтому о его практическом применении не могло быть и речи.

В том же 1831 г. электродвигатель с качательным движением якоря между полюсами магнита .был предложен С. Даль-Негро.

В моделях электродвигателей Генри и Даль-Негро был использован принцип возвратно-поступательного движения. На этом же принципе работал паровой двигатель. Об исключительной живучести этой идеи говорят и такие факты: первые изобретатели парохода предлагали использовать паровой двигатель для приведения в движение весел с тем, чтобы заменить гребцов, а первые изобретатели паровоза хотели создать передвигающийся механизм, подражающий движению ног лошади.

3. Создание первого электродвигателя

Идея Генри и Даль-Негро вначале довлела и над Борисом Семеновичем Якоби(1801-1874) , петербургским академиком . «В мае 1834 г. пишет ученый,- я построил свой первый магнитный аппарат, дающий постоянное круговое движение... Но я не мог сначала отказаться от идеи получить возвратно- поступательное движение, производимое последовательным притягивающим и отталкивающим действием магнитных стержней, а затем уже превратить это возвратно-поступательное движение в постоянное круговое известным в технике способом».

Но было бы неверным считать, что идея создания электродвигателя с вращательным движением впервые была выдвинута Якоби. Ее высказал в 1833 г. английский ученый В. Риччи в своей статье «Опытные исследования по электромагнетизму и магнитоэлектричеству». Для изучения и иллюстрации свойств магнита Риччи создал прибор, в котором ему с помощью магнита удалось получить вращательное движение железной полосы, обвитой проволокой, по которой протекал ток. «Самый поразительный результат,- писал он который мною был получен при перемене полюсов электромагнита, заключается в сообщении магниту вращательного движения вокруг его центра».

Неизвестно, знал Якоби о модели электродвигателей Риччи или нет, но вполне вероятно, что он независимо пришел к выводу о необходимости создания двигателя с вращательным движением. Он правильно оценил все преимущества такого двигателя. В отличие от своих предшественников Якоби сразу же решил создать не очередную физическую игрушку, а такой двигатель, который был бы пригоден для практики, «для нужд промышленности и жизни». «Я уже не говорю о крайней простоте магнитной Машины писал ученый с круговым беспрерывным движением, о конструктивных ее преимуществах и легкости превращения кругового движения во всякое другое, какого требует данная рабочая машина. Я с самого начала был проникнут этими мыслями, еще когда я не представлял себе, каким образом мне удастся осуществить свою машину; я тогда имел в виду практическое ее применение, и задача представлялась мне настолько важной, что я не хотел тратить силы на выдумывание игрушек с возвратно- поступательным движением, которые удостоились бы чести быть поставленными в один ряд с электрическим звонком в отношении их эффекта». Историческая заслуга Якоби заключается в том, что он руководствовался не отвлеченными научными рассуждениями, а как инженер исходил из практических запросов производства, которые и побудили его серьезно и вдумчиво заняться созданием необходимого для промышленности и транспорта двигателя. О своем изобретении Якоби впервые сообщил в конце 1834 г. в «Заметке о магнитной машине, в которой магнетизм используется как двигательная сила». Она была напечатана в трудах Парижской Академии наук.

Подробное описание своего электромагнитного двигателя Якоби дает в двух частях. Первую из них он печатает в 1835 г. в Потсдаме - городе, где родился, под названием «Мемуары о применении электромагнитной силы к движению машин», а вторую - в качестве продолжения первой под тем же названием в 1837 г. в трудах Петербургской Академии наук. Интерес к изобретению Якоби был всеобщим. У него сразу же нашлись и подражатели. В Петербурге о его двигателе стало известно уже в 1834 г. из статьи, напечатанной в № 10 «Журнала мануфактур и торговли» и в газете, издаваемой в столице на немецком языке «St-Petersburg Zeitung».

Что же представлял собой первый образец электродвигателя Якоби? Ученый кратко описал его так: «Аппарат состоит из двух групп по 8 стержней мягкого железа, длиной по 7 дюймов (177,8 мм.) и толщиной 1 дюйм (25,4 мм..). Обе группы стержней располагаются на двух дисках под прямым углом и симметрично одна по отношению к другой таким образом, чтобы полюсы приходились один против другого. Один из дисков неподвижен, а другой вращается вокруг некоторой оси, благодаря чему группа подвижных стержней проходит мимо неподвижных на возможно более близком расстоянии от них. Все 16 стержней обмотаны 320 футами (96 м..) медной проволоки толщиной в одну с четвертью линии (3,17 мм.); концы обмоток соединяются с полюсами гальванической батареи... Успешная работа этой машины обусловлена удачной конструкцией... коммутатора, осуществляющего перемену полюсов восемь раз за один оборот». Двигатель мог поднимать груз массой примерно 4- б кг на высоту около 30 см в секунду, что составляло мощность около 15 Вт. Он давал 80-120 оборотов в минуту. Окружная скорость подвижного диска была равна 1,8 м/с. Величина зазора между полюсами магнита равнялась 12,7 мм. Подвижной диск с электромагнитами имел массу 20 кг. В качестве изоляции сердечника электромагнитов использовалась шелковая материя. Для питания электромагнитов применялась гальваническая батарея

Такими были главные конструктивные элементы и параметры электродвигателя Якоби, построенного им в 1834 г. Но не они характеризовали принципиально новые физические принципы, положенные ученым в основу своего выдающегося изобретения. Главное, чего удалось добиться Якоби в результате его напряженных творческих поисков, заключалось в том, что он обеспечил в своем двигателе вращательное движение подвижного диска, которое основывалось на взаимодействии полюсов электромагнитов подвижного диска и электромагнитов неподвижной рамы. Это новшество ученый считал одним из главных достоинств своего двигателя. Он с гордостью отмечал, что в его двигателе для движения диска применялись «новые силы», не использованные еще в практике. «Машина, -писал он, -дает непосредственное круговое движение, которое гораздо легче преобразовать в другие виды движения». Как это было им осуществлено практически, можно без труда понять из рассмотрения следующих двух основных схем.

Двигатель Якоби состоял из двух групп П-образных электромагнитов. Восемь из них, установленных на неподвижной раме, были соединены последовательно и питались током непосредственно от батареи гальванических элементов, причем направление тока в этих; электромагнитах оставалось постоянным. Восемь электромагнитов, установленных на подвижном диске, были подключены к батарее через коммутатор, с помощью которого направление тока в каждом из них изменялось 8 раз за один оборот диска. N1, S1, и N2 полюсы электромагнитов подвижного диска, N’1, S’1 и N'2 -полюсы электромагнитов неподвижной рамы .Обмотка электромагнитов, чтобы не усложнять схем, не показана.

Перед запуском двигателя одноименные полюсы устанавливаются друг против друга . После начального толчка при включении батареи электромагнит N 1 будет отталкиваться от одноименного полюса N’1 и притягиваться полюсом S‘1
В результате такого взаимодействия полюс электромагнита N1 станет против полюса электромагнита S’1 и по инерции пройдет несколько дальше. В этот момент коммутатор (действие его будет рассмотрено позднее) произведет переключение полюсов батареи, и по обмотке электромагнитов подвижного диска будет проходить ток обратного направления. Вследствие этого полярность полюсов электромагнитов подвижного диска изменится и полюс N1, ставший теперь полюсом, одноименным с полюсом S’1 , будет от него отталкиваться. Аналогичный процесс будет происходить и при взаимодействии остальных полюсов электромагнитов, расположенных на подвижном диске и на неподвижной раме. Такое периодическое изменение полюсов электромагнитов в подвижном диске 8 раз за один оборот при наличии инерции будет поддерживать непрерывное вращение как подвижного диска, так и вмонтированного в его центр рабочего вала электродвигателя.

Талантливый инженер так остроумно решил вопрос о вращательном движении рабочего вала. Якоби первым в науке об электричестве обосновал все важнейшие преимущества такого движения для всех электродвигателей и убедительно показал нецелесообразность использования в них возвратно- поступательного движения. История полностью подтвердила исключительную плодотворность этой идеи. Все электрические машины со времени Якоби стали строиться с вращательным движением якоря двигателя.

Новой, чрезвычайно важной, технически целесообразной глубоко продуманной частью электродвигателя Якоби был коммутатор, созданный им специально для того, чтобы периодически изменять полярность подвижных электромагнитов.Технически эта идея была осуществлена так. Коммутатор, схема которого показана на рисунке 3, состоял из четырех медных колец 1-4, насажанных на рабочий вал электродвигателя. Кольца попарно соединялись медными трубками ff. на оси вала, закреплялись трубкой g из изолирующего материала и вращались вместе с валом. Каждое из колец, смещенных на 45° по отношению к предыдущему, имело 4 выреза, которые заполнялись вкладками из изолятора h. Поверхность колец была хорошо отполированной и ровной. По этой поверхности при вращении колец скользил контактный рычаг г, представлявший собой своеобразную щетку. Другой конец рычага опускался в чашечку со ртутью k, которая соединялась проводником с батареей. Металлические кольца были соединены с электромагнитами вращающегося диска. При его вращении металлические рычаги, попадая на непроводящие части колец, прерывали цепь, а при соприкосновении с металлом замыкали ее. Когда рычаг переходил с непроводящей части на металл, т. е. в тот момент, когда встречались разноименные полюсы, в обмотках электромагнитов, установленных на подвижном диске и последовательно соединенных, менялось направление тока.

Коммутатор был сконструирован Якоби так, что полярность электромагнитов изменялась 8 раз за один оборот рабочего вала. Именно поэтому электромагниты подвижного диска поочередно притягивались и отталкивались электромагнитами неподвижной рамы и этим самым обеспечивали вращательное движение рабочего вала или якоря двигателя. «Перемена полюсов писал ученый, -имеет чрезвычайно большое значение. Перемена эта должна осуществлятьсямгновенно и как раз в том месте, где полюсы располагаются один против другого. Механизм, производящий перемену полюсов, должен приводиться во вращение самим прибором».

Таковы были устройство и принцип действия коммутатора, созданного Якоби для своего первого электродвигателя. Коммутатор сразу же стали применять в конструкциях электродвигателей. В 1840 г. его использовал в одной из электрических машин Э. X. Ленц. Дальнейшее развитие электротехники полностью подтвердило необходимость наличия в конструкции каждого электродвигателя коммутирующего устройства.

Важной для развития электротехники явилась также впервые выдвинутая Якоби идея применения в электродвигателях только одних электромагнитов. Он первый отказался от использования в них постоянных магнитов, во-первых, потому, что они давали меньшую силу притяжения по сравнению с электромагнитами, и, во-вторых, потому, что они при сотрясениях и ударах размагничивались.

Из изложенного выше видно, что в своем электродвигателе Якоби впервые в истории электротехники удачно воплотил три новые прогрессивные идеи, которые в XIX и XX вв. получили дальнейшее развитие: вращательное движение якоря электродвигателя; наличие коммутатора с трущимися контактами, без которого невозможно обеспечить вращательное движение якоря, и, наконец, использование электромагнитов в подвижной и неподвижной частях электродвигателя или в его якоре и в его статоре. Отмечая преимущества и выгоды электродвигателя перед паровой машиной, Якоби писал: «В моем двигателе отсутствуют все управляющие и регулирующие механизмы, как-то: клапаны, вентили, поршни, полые цилиндры и др., которые в паровой машине дорого стоят и- быстро изнашиваются при работе. Благодаря этой простоте стоимость двигателя уменьшается и со временем может быть доведена до четверти стоимости паровой машины». Далее он отмечал: «Вследствие отсутствия трущихся частей двигатель почти не подвергается изнашиванию - в нем вращается в подшипниках только один вал, несущий на себе систему подвижных магнитов. В лучших паровых машинах изнашивание выражается по меньшей мере ежегодно в 10% стоимости... Магнитная машина обладает почти бесшумным действием благодаря тому, что в ней отсутствуют неизбежные в паровой машине сотрясения и удары, столь вредно действующие, в особенности в локомотивах». В электродвигателях полностью гарантирована также «абсолютная безопасность от высоких труб и дыма, которые в паровых машинах являются существенным недостатком». И наконец, весьма важным является простота его обслуживания. «Двигатель не требует постоянного наблюдения за собой, он может быть на целые часы и даже дни предоставлен самому себе, его действие остается ровным и спокойным». В то же время свой первый двигатель конструкции 1834 г. Якоби считал далеко не совершенным. Основным его недостатком была очень слабая мощность. Она составляла примерно 15 Вт. Такой двигатель не мог быть использован даже для приведения в движение обычной лодки. Ученый прекрасно понимал, что для создания практически пригодного двигателя предстояло решить еще немало и теоретических и экспериментальных вопросов. Он писал, что для того чтобы его электродвигатель мог получить «практическое применение», необходимоопределить наибольшую величину «магнетизма», которую можно возбудить в мягком железе, установить, каких размеров должны быть «электромагниты» и как «должны быть устроены его обмотки».Необходимо было также научиться определять зависимость.мощности двигателя от силы гальванической батареи, ее конструкции и размеров. В связи с этим очень важно было найти, какими параметрами вообще определяется мощность двигателя и как должен быть произведен этот расчет. Все это было делом совершенно новым и неизученным.

4. Работы над улучшением свойств электродвигателя.

Теперь с созданием специальной комиссии и выделением для проведения опытов необходимых средств решение намеченных вопросов стало вполне реальным делом. Переехав в августе 1837 г. в Петербург, Якоби целиком отдает всю свою энергию, весь свой талант инженера и ученого выполнению возложенной на него огромной и ответственной задачи - созданию пригодного для практики, более мощного и более экономичного электродвигателя.

Для проведения необходимых исследований Якоби прежде всего потребовал выделения помещения, помощников и приобретения нужного ему оборудования. Требования ученого были быстро удовлетворены: помещение было выделено; механическая мастерская была оборудована необходимыми станками и инструментами; в качестве помощников для работы в мастерской были найдены достаточно квалифицированные мастер, слесарь и столяр. Необходимыми приборами была укомплектована и лаборатория. К концу 1837 г. по заданию комиссии, которая собиралась каждый месяц, Якоби построил три двигателя: один модели 1834 г., но большего размера, второй по его «совершеннейшей» конструкции и третий «по описанию подобного аппарата, сделанного в Америке». Все двигатели испытывались в лаборатории. Их мощность определялась по работе, совершаемой в точно установленное время при поднятии груза на определенную высоту. Мощность оказалась недостаточной для приведения в движение катера. Поэтому по предложению Якоби было решено строить двигатель больших размеров и главное - значительно большей мощности, примерно на 368- 760 Вт, с тем чтобы испытать его применимость для движения катера.

Напряженной работой по созданию такого двигателя ученый был занят с января по август 1838 г. Было проведено много экспериментов и расчетов, в результате которых Якоби спроектировал и построил новый вариант более мощного электродвигателя. При его создании он пошел по пути конструктивного объединения нескольких двигателей в один агрегат. Это была типичная для середины XIX в. тенденция в деле создания мощных электродвигателей, необходимых для потребностей практики. Никаких качественно новых решений никто из ученых и конструкторов, в том числе и Якоби, придумать тогда не смог. Он использовал идею, выдвинутую Т. Девенпортом, располагать неподвижные и вращающиеся электромагниты в одной плоскости на вертикально установленном валу высотой 1,2 м. Это увеличивало размеры двигателя в вертикальном направлении, и в то же время сокращало занимаемую им площадь. Она была равна 0,7 м2, т. е. 0,9 м в длину и 0,77 м в ширину.

Двигатель представлял собой комбинацию из 40 небольших двигателей, по 20 двигателей на каждом вертикальном валу. Таким образом, оба вертикальных вала 2 с двигателями занимали в катере площадь 1,4 м. Каждый из небольших двигателей по своему устройству был очень простым. Неподвижная его часть состояла из двух электромагнитов 3, которые были изогнуты по дуге окружности. Каждый из них занимал четвертую часть окружности кольца. Между собой эти электромагниты были скреплены скобами 4 из немагнитного материала. Для придания стойкости скобы привинчивались к вертикально расположенной деревянной станине.

Подвижная часть каждого из малых двигателей составлялась из четырех электромагнитов 1, расположенных крестообразно на специальной втулке. Для. питания током обмоток электромагнитов на катере было установлено 320 гальванических элементов. Изменение направления тока в обмотках подвижных электромагнитов осуществлялось с помощью конструктивно измененного коммутатора 5, Для приведения в движение катера вращение с вертикальных валов с помощью конических шестерен 6, 7 передавалось на горизонтальную ось 8, на которой по его обоим бортам были укреплены гребные колеса.

Чертеж электродвигателя Б.С. Якоби конструкции 1838 г.

Мощность нового электродвигателя была равна примерно 550-736 Вт. Его испытания были проведены 13 сентября 1838 г. на Неве. Катер, вмещавший без «стеснения 12 пассажиров, двигался посредством магнетизма» в течение 7 ч со скоростью 2 км/ч как по течению на расстояние 7 км, так и против течения на такое же расстояние. Испытания продолжались несколько дней и на Неве и на каналах города. Это был первый в мире случай практического применения электродвигателя для судоходства. Катер работал безотказно. Он превзошел возлагавшиеся на него надежды. «В противоположность первоначальному плану, - указывалось в заключении комиссии по которому предположено было производить опыты на тихой воде, удалось совершить плавание на самой Неве и даже против течения». Успех был поистине сенсационным. Тщательный анализ итогов испытаний позволил комиссии дать им высокую положительную оценку.

5. Недостатки электродвигателя Якоби.

В то же время были установлены и некоторые существенные недостатки. Было отмечено, что Якоби напрасно применил новую конструкцию коммутатора. Необходимо было сохранить конструкцию 1834 г. Неудовлетворительной оказалась и шелковая изоляция проводов. При использовании гальванических- элементов не был учтен доказанный ранее Якоби и Ленцем вывод, что количество применяемых в батарее электродов не играет большой роли, важна их площадь. Значит, можно было вместо 320 гальванических элементов использовать значительно меньшее их число, например 10 или 20, но с большей площадью электродов. Оказалось также, что вместо перепонок, разделяющих в элементах различные кислоты, можно было применить пористые глиняные перегородки. Это значительно повысило бы качество каждого элемента и всей батареи.

Надеясь, что отмеченные недостатки могут быть устранены, комиссия решила продолжить практическое испытание электродвигателя в 1839 г. Особенно горячо на этом настаивал представитель Морского ведомства в комиссии капитан корпуса корабельных инженеров С. А. Бурачек. Он заявил, что результаты испытаний электродвигателя дают возможность надеяться на применение его «к военному кораблю и к целому флоту». Парусный флот с военной точки зрения, по его мнению, не выдерживал никакой критики. Стоило вражеской артиллерии разбить паруса, и корабль, потеряв управление, лишался маневренности, а следовательно, и боеспособности. Применение же паровой машины в военном флоте, «несмотря на все ее совершенство», также создавало ряд трудностей. «Котел -машины и уголь заявлял Бурачек,- вытеснят артиллерию. Одного ядра достаточно, чтобы прострелить паровой котел, цилиндр, дымовую трубу, сбить гребные колеса и оставить корабль без всякого движения». Ему как моряку представлялось, что применение электродвигателя приведет не только к устранению этих недостатков, но и преобразит военный флот. Расположенный на дне корабля электродвигатель будет «скрыт и безопасен от ядер», что является «первейшим условием для всякого движителя» любого военного корабля. Он освободит его от огромного груза и тем самым даст возможность лучше оснастить его необходимой артиллерией. Электрический ток от батарей может быть использован для освещения и взрывного дела. Применение электродвигателя даст возможность сократить штат команды корабля на 200-300 матросов.
Готовясь к новым испытаниям, Якоби выполнил огромную работу прежде всего по усовершенствованию гальванической батареи. Им были созданы для этой цели новые элементы с платиновыми и цинковыми электродами. Извещая об этом важном нововведении, петербургская печать сообщала, что теперь гальваническая батарея Якоби доведена «до высшего совершенства и может действовать целые сутки с одинаковой силой». Судовой электродвигатель Б. С. Якоби конструкции 1838 г.

В гальванических элементах были установлены электроды со значительно большей поверхностью, что дало возможность сократить их число и тем самым уменьшить площадь всей батареи. В электродвигателе был заменен коммутатор, а также изоляция проводников. По своему устройству двигатель 1839 г. почти ничем не отличался от двигателя 1838 г. И тот и другой были одной и той же модели (рис. 5). Однако внесенные усовершенствования существенно повысили его мощность, которая увеличилась в 3-4 раза по сравнению с двигателями
1838 г.

Испытания катера с усовершенствованным двигателем, «лучшим, чем все доселе изготовленные для опыта одели», началось на Неве 8 августа 1839 г. в присутствии многих высокопоставленных должностных лиц. Они продолжались и в сентябре 1839 г. На электроходе плавало от 10 до 14 человек. Более мощный двигатель быстрее вращал гребные колеса и тем самым обеспечивал большую скорость катера . Его скорость превышала вдвое скорость, достигнутую в 1838 г., и составляла 4 км/ч.

Результаты испытаний превосходили все то, что было достигнуто за рубежом, где многие ученые, «поддерживаемые значительными денежными пожертвованиями и обширными техническими средствами», также проводили работы, связанные с практическим применением электродвигателя. Это значительное событие в технике того времени стало известно всему миру. Оно широко освещалось в мировой печати и повсеместно вселяло надежду, что проблема использования электродвигателя в судоходстве будет успешно решена в ближайшее время. «Я душевнейшим образом желаю писал М. Фарадей Якоби чтобы Ваши большие труды получили высокую награду, которую они заслуживают». Ему уже казалось возможным надеяться на применение электродвигателей на крупнейших в то время судах, связывающих Англию с Америкой и Ост-Индией. Свое письмо
Фарадей заканчивает восклицанием: «Какое это было бы славное дело!» Газета
«Северная пчела», издававшаяся в Петербурге, писала 27 сентября 1839 г.: «В средние века фанатики сожгли бы г. Якоби, а поэты и сказочники выдумали о нем легенду, как о Фаусте. В наше время мы не сожжем его, а согреем чувством признательности за его полезные труды и вместо легенды скажем правду, а именно, что г. Якоби, сверх учености, отличный человек во всех отношениях и что наука вправе от него надеяться на многое, потому что в нем нет педантства, а (есть) истинная пламенная страсть к наукам и столь же пламенное желание быть полезным гостеприимной и благодарной России.

В 1840 г. Якоби выступил с докладом об итогах испытания на съезде
Британской ассоциации естествоиспытателей, где присутствовали ученые всего мира, работавшие над важнейшими научными проблемами. Однако ничего нового и полезного для себя по вопросам практического применения электродвигателя он за границей не нашел. В письме к жене в Петербург он писал: «Когда увидишь
Ленца, много раз поклонись ему от меня и сообщи следующее. Пока я еще не видел и не слышал ничего нового и думаю, что мы и в теоретическом и практическом отношении еще стоим на шаг впереди. Говоря без лишней гордости, нам приходится скорее учить, чем учиться. Мы оба здесь в большом почете, наши работы распространяются здесь в оттисках».

Вернувшись в Петербург, Якоби, убежденный в важности начатого им дела, прилагает максимум усилий, чтобы добиться практического применения электродвигателя в судоходстве. Но решить эту проблему он не смог. Не решил ее и никто из ученых Европы и Америки, несмотря на огромные усилия, которые они прилагали к «практической стороне электромагнетизма». Электродвигатель можно было использовать только для прогулок на катере. О применении его во флоте для приведения в движение больших кораблей по причине его незначительной мощности не могло быть и речи. Не удалась попытка применения его и для движения повозки по рельсам.

6. Трудности в практическом использовании электродвигателя .

Основная непреодолимая трудность заключалась в отсутствии достаточно мощного источника электрического тока. Батареи из гальванических элементов, используемые для питания более мощных двигателей, имели значительный вес, занимали большую площадь и, главное, стоили очень дорого. Якоби убедился, что получение механической энергии от таких батарей обходилось в 12 раз дороже, чем от паровой машины. В своей работе «О магнитоэлектрических машинах»,: напечатанной в 1847 г., он писал: «Их (электродвигателей) внедрению в промышленность препятствуют не технические и конструктивные трудности, которые всегда преодолимы, а следующий простой факт: химическая энергия в настоящее время дороже механической».

Единственные тогда источники электрической энергии - гальванические элементы, на которые ученые всего мира, в том числе и Якоби, возлагали такие большие надежды, не могли удовлетворить предъявляемых к ним требований. И это несмотря на то, что было сделано максимум возможного для их усовершенствования. Необходим был достаточно легкий и экономичный генератор электрической энергии нового типа, который можно было бы установить на корабле для питания электродвигателя. Но такого генератора в то время еще не было. Учитывая, что желаемых результатов от гальванических батарей получить невозможно, комиссия в 1842 г. решила «прекратить временно действия свои впредь до открытия какого-либо нового пути, могущего вести к усовершенствованию приложения электромагнитной силы к движению судов».

7. Изучение законов электромагнита .
Создание первого электродвигателя, а также итоги проведенных с ним испытаний сыграли важную роль в развитии электротехники. Они явились толчком для целого ряда работ, и в первую очередь для классических исследований Э. X. Ленца и Б. С. Якоби по изучению электромагнитов и по теории электрических машин, имевших существенное значение для дальнейшего развития электромашиностроения. Тщательные экспериментальные теоретические изыскания по изучению законов электромагнитов были проведены учеными в 1838-
1844 гг. Хотя электромагнит был изобретен в 1835 г., его законы до этого времени не были изучены. Ученые, занимавшиеся исследованием электромагнитов, делали совершенно неверные выводы. Так, например, В. Риччи в 1836 г. утверждал, что электромагниты в принципе обладают меньшей силой притяжения, чем постоянные магниты. Неверным был и установленный Даль-Негро закон, согласно которому сила намагничивающего тока прямо пропорциональна периметру пластин гальванического элемента. Уже в своих первых работах
Якоби показал ошибочность такого вывода. Электромагниты составляли основную часть его двигателя, и вполне естественно, что он был крайне заинтересован в строго научном их изучении.

Живой интерес к этому проявил и Э. X. Ленц. В результате многолетних исследований оба ученых пришли к важному фундаментальному выводу: магнитный поток, создаваемый в железном стержне электромагнита, пропорционален силе намагничивающего тока и числу витков обмотки и не зависит от диаметра проволоки и диаметра витков. Ими было также доказано, что сила возбуждаемого «магнетизма» в электромагнитах не зависит от формы сечения проволоки и от материала, из которого она сделана.

Выводы были правильными, но только для толстых железных стержней и для слабых токов, т. е. для областей, весьма далеких от области насыщения. Это обстоятельство и дало возможность сделать им правильное заключение о пропорциональности магнитного потока и намагничивающего электрического тока. Такая пропорциональность действительно существует в достаточно широких границах, и поэтому она применима во многих практических случаях.
Позднее наукой было установлено, что для тонких железных стержней и для сильных намагничивающих токов намагничивание очень быстро перестает быть пропорциональным силе тока. Впервые зависимость намагничивания мягкого железа от напряженности магнитного поля была исследована в 1872 г. русским физиком А. Г. Столетовым в его докторской диссертации, носившей название
«Исследование о функции намагничивания мягкого железа». Эта работа и послужила в дальнейшем основой для разработки расчетов электрических машин.

Установленные Ленцем и Якоби закономерности позволяли правильно определить число пар в батарее и конструкцию обмотки электромагнита для получения максимального намагничивания железных стержней электромагнита.
При этом обязательно должно было соблюдаться равенство внутреннего и внешнего сопротивления цепи. Это существенно облегчало выбор рациональной конструкции электромагнитов, что имело важное значение для дальнейшего развития электромашиностроения. Были исследованы многие частные случаи получения максимального намагничивания железных стержней. Этого можно достигнуть, писали ученые,
«бесчисленным множеством способов, если толщину проволоки выбирать в определенном соотношении с устройством цепи; но каким бы способом мы ни достигли этого максимума, расход цинка за определенное время в точности одинаков». Этот важный вывод давал возможность правильно учитывать энергетическую сторону в работе с электромагнитами.
Ценные исследования были проведены Ленцем и Якоби и по изучению зависимости «магнетизма» от размеров железных стержней, их длины и диаметра. Учеными были получены самые точные результаты, каких могла добиться наука того времени. Оценивая эти результаты в 1875 г., русский академик Г. И. Вильд писал: «Исследования обоих ученых по этому вопросу (т. е. по изучению электромагнитов..) могут быть названы образцовыми, а результаты их до сих пор остаются главными законами электромагнитов, несмотря на некоторые добавления и небольшие изменения, внесенные в них усовершенствованием инструментов и методов».

Полученные результаты в изучении электродвигателей Якоби изложил в работах «О принципах электромагнитных машин» (1840) и «О теории электромагнитных машин» (1850).
В своих изысканиях Якоби исходил прежде всего из особенностей конструкции своего двигателя, хотя и подчеркивал, что полученные им результаты приложимы к электромагнитному двигателю любой конструкции. Прежде всего он изучил параметры электродвигателя, которые, по его убеждению, определяли действие электрических машин и были наиболее важными для их характеристики.
Такими параметрами он считал: скорость вращения ротора, величину действующих электромагнитных сил, мощность машин и, главное, их коэффициент полезного действия, или, как он писал, их «экономический эффект». Очень важно отметить, что при анализе работы электрических машин Якоби исходил из передовых научных представлений, т. е. из закона сохранения энергии, закона электромагнитной индукции, закона Ома и из установленных им совместно с
Ленцем закономерностей для электромагнитов. Его труды были первой попыткой теоретического анализа работы электрического двигателя. Ученый писал их в то время, когда еще не были изучены процессы, происходящие во вращающихся двигателях, когда ученые ничего не знали о существовании петель гистерезиса и когда совсем не были изучены свойства ферромагнитных материалов. Поэтому совершенно не случайно формулы, выведенные Якоби для тормозного режима двигателя, не учитывали процессов, происходящих во вращающемся двигателе.
Правда, ученый понимал, что сила притяжения электромагнитов при движении машин не оставалась постоянной и что при изменении направления тока в обмотке электромагнитов намагничивание сердечника происходило не мгновенно.
А это означало, что «магнетизм» не сразу достигал своего максимального значения.
Не зная магнитных характеристик железа, Якоби не мог понять причину такого несоответствия, хотя и предполагал, что это явление связано с особенностями поведения железного сердечника в магнитном поле. Он руководствовался законом пропорциональности между силой тока и намагничиванием железа. Но для областей, близких к насыщению железа, этот закон не мог быть применен. Поэтому и получалось расхождение вычисленных и опытных данных.

Ценные расчеты были проведены им и по определению мощности электродвигателя. Пользуясь современными обозначениями (Р - мощность, U - напряжение, R - сопротивление), формулу, по которой Якоби определял мощность электродвигателя, можно записать так:

P=U2/R

Формула имела глубокий энергетический смысл. Она наглядно доказала, что определенная механическая мощность на валу двигателя может быть получена только путем затраты пропорционального количества электрической энергии. В результате исследований по этому вопросу Якоби убедился в ошибочности своего первоначального предположения, сделанного им в 1834 г. Тогда он утверждал, что «новый двигатель не подчинен имевшему до сего времени силу закону пропорциональности между эффектом и затратами». Ему тогда казалось, что «в электрической машине скорость не стоит денег».
После тщательных экспериментальных изысканий Якоби пришел к выводу, что дело обстоит далеко не так. Его иллюзии, как и иллюзии многих ученых и изобретателей относительно даровой механической работы, которую, якобы, можно было получить от электродвигателя, были глубоко ошибочными. Опыт показал, и это Якоби было неопровержимо доказано, что существует прямая пропорциональность между затратами на питание электродвигателя и получаемым от него эффектом. Двигатель, питаемый электрической энергией от гальванической батареи, не может развить большой мощности. Отсюда становилась очевидной задача начать поиски нового источника дешевого электрического тока для питания электродвигателя.

Изобретатели середины XIX в. слишком долго все надежды возлагали на гальванические элементы и аккумуляторы. Они были наиболее распространенными источниками тока примерно до 1870 г. Первый патент на самовозбуждающийся электрический генератор с кольцевым якорем был получен 3. Граммом в 1870 г. Этот генератор положил начало широкому практическому применению в промышленности и судоходстве электрических генераторов.

В середине XIX в. один из важнейших принципов электротехники - принцип обратимости электрических машин был еще не понят современниками Ленца и Фарадея. Не понял его и Якоби, хотя этот принцип был ему известен. Ученые, инженеры и изобретатели в то время обращали внимание прежде всего на возможность использования электромагнитных машин в качестве двигателей, а не в качестве источников электрического тока. Электродвигатель на первых порах своей эволюции рассматривался ими как нечто самодовлеющее и внутренне не связанное с электромагнитным генератором электрического тока. И только позднее после глубокого познания принципа обратимости и выяснения единой сущности двух казавшихся ранее независимыми электромагнитных процессов - генераторного и двигательного - динамо-машина и электродвигатель стали рассматриваться как одна и та же машина, различным образом используемая лишь в зависимости от преследуемых целей.

Список использованной литературы:

1. «Концепции современного естествознания».Степан Харланович Карпенков.

«Культура и спорт» , «Юнити». Москва, 1997.

2. «Б.С. Якоби». Москва, « Просвещение», 1978

3. «Физика в ее развитии ». Б.А. Спасский .Москва «Просвещение» ,1979.


ИСТОРИЯ ПОЯВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМОТОРА
Электромотор или электродвигатель в своем развитии прошел сложный путь от бесполезной игрушки до современных конструкций, выпускаемых в серийное производство. Электромотор в широких масштабах начал применяться только с 70-х годов XIX века. Первые электродвигатели были, естественно, электродвигателями постоянного тока. Одновременно с разработками первых электромоторов начались попытки конструирования генераторов постоянного тока. Этот долгий и сложный процесс можно условно разбить на три основных этапа.

Первая половина XIX века характеризуется созданием физических приборов, демонстрирующих непрерывное преобразование электрической энергии в механическую. В частности, исследуя взаимодействие проводников с током и магнитов, известный ученый Фарадей в 1821 году установил, что электрический ток, проходящий по проводнику, может заставить этот проводник совершать вращение вокруг магнита или вызывать вращение магнита вокруг проводника. Таким образом, практические опыты наглядно доказали возможность построения электромотора. Американский физик Дж. Генри в 1831 году сделал попытку сконструировать устройство, в котором осуществлялось притяжение разноименных и отталкивание одноименных магнитных полюсов для получения непрерывного движения. Этот своеобразный электромотор обладал очень небольшой мощностью и фактически не представлял особой практической ценности.

Второй этап в развитии электромоторов приходится на середину XIX века и характеризуется преобладанием конструкций с вращательным движением явнополюсного якоря. В 1834 году петербургский академик Б.С. Якоби построил и описал первый электромотор, который действовал на принципе притяжения и отталкивания между электромагнитами и имевший несомненное практическое применение. Электродвигатель Якоби мог поднимать груз весом 10—12 фунтов (примерно 4—5 кг) на высоту 1 фут (около 30 см) в секунду, то есть его мощность составляла около 16 Вт. Известие об изобретении Б. С. Якоби очень скоро распространилось по всем странам. Новые электромоторы различной конструкции стали постепенно применяться в обычной жизни. В частности, в типографиях появились крупные печатные машины, заменившие ручной труд.

Наконец, во второй половине XIX века были разработаны конструкции электромоторов с кольцевым неявнополюсным якорем и практически постоянным вращающим моментом. Дальнейшие исследования позволили увеличить не только мощность электродвигателя, но и показали возможность обращения двигателя в генератор постоянного тока. Таким образом, в результате работ целого ряда ученых и изобретателей появился электромотор, который вскоре начал широко применяться в технике и повседневной жизни человека.

Карта проезда:

Рейтинг@Mail.ru