История производства генератора в России

Введение

С древних времен люди нуждались в силе, в двигателях, которые помогали выкорчевывать, приводили в действие устройства для подачи воды на полях, вспахивали землю, вращали жернова, измельчая зерно и т. д.
В странах Древнего Востока, в Египте, Индии, Китае для этой цели уже в третьем тысячелетии до нашей эры использовали животных и рабов. Затем на замену живой рабочей силы пришло водяное колесо - два диска на одном валу, между которыми были установлены доски - лезвия. Поток воды в реке прижимался к лезвиям, поворачивая колесо, и через вал колеса движение было перенесено на жернова. Это происходило в III тысячелетии до нашей эры. Паруса использовались для движения лодок, но только в 7 году нашей эры. Персы изобрели ветряную мельницу с крыльями. [1]
В конце 7 - начале 8-го веков в Италии, Франции, Англии, России, Испании и других странах предпринимались многочисленные попытки создать двигатель, который не зависит от движущейся воды и ветра. Идея использования пара для создания двигателя возникла благодаря размышлениям и опытам древних мыслителей. Герон из Александрии еще в 70-х. нашей эры изобрел самую простую паровую турбину - Eolipil Gerona. Сила пара, выходящего из сферического сосуда, в котором вода кипела через L-образные трубки, вращала этот сосуд.
В середине 8-го века человечество приблизилось к одному из самых важных моментов в истории технического творчества - использованию водяного пара для активации различных механизмов.
В истории попыток использовать пар, записаны имена многих ученых и изобретателей: итальянцы - Леонардо да Винчи, Порта; Французы - де Ко, Папена; Англичанин - Т. Савери, Т. Ньюкомения; Русский - И.И. Ползунов, отец и сын Черепановых и многие другие.
Улучшены водяные колеса и пар, они все чаще внедряются в промышленность, но они имеют довольно низкую эффективность и относительно низкую мощность. Это потребовало создания новых машин с большим числом оборотов с высокой мощностью и высокой эффективностью. Такими машинами были различные модификации водяных, паровых и более поздних газовых турбин («турбо» - верх).
Однако паровые двигатели и турбины нуждались в устройстве, в котором была бы печь, котел, охлаждающая установка. Они выполнили свою задачу, но они были громоздкими и неудобными для работы.
Уже в конце 17-го века появляется идея создания двигателя внутреннего сгорания - ДВС, в котором не требуется котел и печь, поскольку газообразное рабочее вещество получает энергию от сжигания топлива внутри рабочего цилиндра. В двигателях внутреннего сгорания основной частью является цилиндр с поршнем, но поршень нажимается не паром, а горячим сжатым газом, образованным в результате сжигания топлива внутри цилиндра - отсюда название двигателем внутреннего сгорания,
После того, как были изобретены различные виды двигателей - ветряной, водяной, паровой, турбореактивное внутреннее сгорание - возник вопрос о передаче энергии на расстояние. Для передачи энергии на большие расстояния и распределения ее среди потребителей наиболее удобной является электрическая энергия.[7]
Важнейшим этапом в развитии энергетической базы промышленности, сельского хозяйства и бытовых удобств было изобретение и применение электродвигателей. Электродвигатели более удобны и надежны, чем другие двигатели о которых мы говорили ранее. Они всегда готовы к работе, их можно контролировать на расстоянии, они позволяют регулировать скорость и т. д. Кроме того, передача электроэнергии возможна на значительные расстояния с минимальными потерями, что помогло решить проблему концентрированного производства, передачи и использования электроэнергии. Однако электродвигатель является лишь одним из типов преобразователей энергии, который относится к большому классу преобразователей - к электромеханическим преобразователям.
Электромеханический преобразователь, устройство для преобразования механических движений (колебаний) в изменение электрического тока или напряжения (электрический сигнал) и наоборот. Рассмотрим более подробно процесс разработки электромеханических преобразователей.


1. Якоби и Ленц: открытие генератора в России
Осенью 1838 года прохожие на Невской набережной с интересом наблюдали за странной лодкой. На лодке не было гребцов. Были, конечно, гребные колеса, но трубы не было, двигатель не мог быть услышан, не было облаков дыма и пары обычных спутников парового двигателя.
Некоторая странная сила заставила пропеллеры вращаться, и лодка с четырнадцатью пассажирами быстро шла против сильного тока
Так сто семьдесят четыре года назад, первый в мире корабль, работающий на электричестве, был проверен дедушкой современных гигантских электрических лодок.[2]
Лодка с электродвигателем, работающая от батареи гальванических элементов, была спроектирована академиком Борисом Семеновичем Якоби (1801 - 1874). Он также изобрел в 1834 году электродвигатель, пригодный для практического использования. В этой работе Б.С. Якоби опирался на законы электричества, обнаруженные известными физиками Францем А. Ампером и англичанином М. Фарадея и, в частности, по закону электромагнитной индукции, обнаруженному Фарадеем в 1831 году. Якоби также использовал результаты исследования в области электромагнетизма, который он сам проводил совместно с академиком Е. К. Ленцем.
Мы справедливо считаем, что Якоби был пионером в электроэнергетике: с его электрическим током он практически использовал способность электрической энергии превращаться в механическую.
Якоби открыл новую страницу в разработке технологий. Пытаясь построить электродвигатель, многие дизайнеры копировали паровой двигатель в это время. Так, например, англичанин Пейдж, который создал свой двигатель в 1838 году, француза Бурбуза, который два года спустя построил электрический двигатель. Эти изобретатели заставляли якоря своих автомобилей двигаться вперед и назад под действием электромагнитов (так как поршень движется в цилиндре парового двигателя): поочередно в одну сторону и другую

. Это движение якорей было передано с помощью рукоятки к валу.[4]
Якоби пошел в другую сторону. Решая вопрос об использовании электрической энергии, которая резко отличалась от тогдашнего правящего Его Величества, пара Б.С. Якоби отбросила в этом случае старые стандарты, которые были непригодны в этом случае, старые методы строительства и предложили новую схему двигатель
Электродвигатель Якоби был структурой, состоящей из вращающегося барабана, на котором электромагниты были установлены вдоль окружности, и наборы электромагнитов, закрепленных на раме также вдоль окружности. Когда ток был включен, электромагниты, подвижные и фиксированные, были притянуты друг к другу. На небольшом угле поворота барабана. Во время вращения барабан через специальное устройство прототипа современного коллектора переводил ток таким образом, что взаимодействие между полюсами электромагнитов постоянно толкало барабан.
Электродвигатель Якоби дал немедленное постоянное круговое движение, которое намного легче трансформировать в другие движения, чем возвратно-поступательные движения. С этими словами изобретатель подчеркнул что-то принципиально новое, что было в его двигателе.
Чрезвычайно важной особенностью машины Якоби было то, что она была машиной с обратимым циклом. Двигатель Якоби мог работать как генератор, то есть производить электрический ток, если он был приведен в движение, потратив на него механическую энергию.
В 60-х - 70-х годах XIX века Якоби еще более четко и определенно показал ученым принцип обратимости. Он заставил одну и ту же электрическую машину поочередно служить генератором или электродвигателем.
Обоснование самого важного свойства электрических машин, их обратимость, впервые реализованное в двигателе Якоби, произошло в результате обобщенного закона индукции, сформулированного академиком Е. X. Ленцем.[5]
Ленц принял активное участие в работе Якоби на электромоторе. Оба они активно сотрудничали в Комиссии по изучению применения электромагнитов для перемещения машин. В докладе об их работе по установлению принципов действия электромагнитных машин и законов электромагнетизма комиссия написала: «Комиссия с удовольствием сообщает, что исследования Якоби и Ленца больше и в значительной степени служили для объяснения количественных соотношений электромагнетизм, а не любые другие эксперименты современности
Мы будем помнить имя Бориса Семеновича Якоби не раз. В истории электротехники этот выдающийся ученый оставил глубокий след в своих замечательных многогранных работах. Якоби воплотил в себе не только самого талантливого исследователя, но и крупного практикующего инженера и учителя. Основанная в Кронштадте, школа гальванизаторов была одним из первых в мире электротехнических учебных заведений
Академик Е. X. Ленц в основном занимался теоретическими исследованиями. Наибольшее значение в электротехнике имеет установленный им закон, указывающий направление индуктивного тока.
Закон Ленца позволяет электрику, зная направление тока, возникающего в проводнике, и положение этого проводника относительно других, чтобы определить, в каком направлении индуктивные токи будут течь в проводниках.[3]
Этот закон, известный каждому школьнику, как правило, Ленцу, а теперь служит основой для электродинамических расчетов, включен в золотой фонд теоретической электротехники.
Значение этого теоретического вклада Ленца также заключается в том, что он впервые установил связь между электромагнитными и электродинамическими явлениями. В этой работе Ленц сказал: работа по перемещению первого проводника превращается в электрическую энергию во втором проводнике; Эти слова - не что иное, как формулировка в применении к электричеству принципа сохранения энергии и превращения одного из своих видов в другое.
Ленц сказал эти слова в то время, когда некоторые ученые сделали из своих экспериментов вывод, который является обратным правилу, сформулированному Ленцем. Это был общий уровень идей об электричестве.
Неудивительно, что закон, который дает связь между величиной тока, электродвижущей силой источника тока и сопротивлением проводника, установленным в 1827 году немецким физиком Омом; знаменитый закон Ома; в течение многих лет не могли быть поняты большинством тогдашних ученых[2]
Ленц и Якоби были одними из первых, кто понял смысл этого открытия и смог оценить его полезность для науки о электричестве. Своей властью они помогли уничтожить заговор молчания, который более десятилетия окружал работы выдающегося немецкого физика.




2. Дальнейшее развитие и совершенствование конструкции генератора
Еще в 1833 году академик Е.Х. Ленц обнаружил принцип обратимости электрических машин, который впоследствии объединил развитие двигателей и генераторов. А в 1870 году сотрудник французской фирмы «Альянс» З. Грамм создал промышленный тип электрического генератора постоянного тока, который дал новый импульс развитию электропривода и его внедрению в промышленность. Наш соотечественник-электрик В.Н. Чиколев (1845-1898) создал в 1879 году генератор для дуговых ламп, электроприводов швейной машины (1882) и вентилятора (1886), отмеченных золотыми медалями на Всероссийских выставках. СуществуетВведение

постоянного тока во флоте: подъем боеприпасов на броненосец Сисой Великий (1890-1894), первый рулевой механизм на линкоре «12 апостолов» (1992). В 1895 году А.В. Шубин разработал систему «инжектор-двигатель» для рулевого управления, установленную позже на линкорах «Принц Суворов», «Слава» и т. Д.
Генератор проникает в ткацкую промышленность на текстильные фабрики под Москвой, Морозов, Лингардта, Прохоровскую мануфактуру, где уже к 1896 году было задействовано значительное количество двигателей постоянного тока.
Имеются случаи использования генераторов в городском транспорте - трамвайные линии в городах Киева, Казани и Нижнего Новгорода (1892 г.), а несколько позже - в Москве (1903 г.) и Петербурге (1907 г.)