Початок дослідження процесів в електричних машинах

У початковий період конструювання електромашинних генераторів вже було відомо, що е. д. з. індукції пропорційна швидкості зміни магнітного потоку, що пронизує контур струму, тому збільшення е. д. з. в машинах намагалися досягти шляхом збільшення швидкості якоря.

Ретельні вимірювання показали, що струм, що дається генератором, при незмінному опорі навантаження спочатку зростає майже строго пропорційно швидкості машини, а потім лінійна залежність все більш помітно порушується. Це несподіване обставина намагалися пояснити тим, що при швидкій зміні магнітного поля сталь не встигає намагнітитися (гіпотеза В. Вебера).

У 1845 р вивченням цього питання зайнявся Е. X. Ленц. Дослідження, проведені з машиною Штерера, привели його в 1847 р до надзвичайно важливим для розвитку електричних машин висновків. Він показав, що струм навантаження, що протікає по обмотці якоря, створює магнітний потік, який взаємодіє з основним магнітним потоком. В результаті цього основний магнітний потік послаблюється, а нейтральна лінія машини зсувається в бік обертання якоря.

Таким чином, Ленц абсолютно правильно описав те явище, яке згодом отримало назву реакції якоря. Слід зазначити, що до уявленням про реакцію якоря підходив за рік до цього Б. С. Якобі, але дослідженням цього явища він не займався.

Важливим практичним результатом дослідження Ленцем реакцій якоря було його пропозиція зміщувати щітки по напрямку обертання так, щоб вони були встановлені на дійсній нейтральної лінії. Говорячи сучасною мовою, Ленц вперше запропонував зміщувати щітки з геометричної нейтрали на фізичну. У машині «Альянс» було вже використано цю пропозицію: струмознімальних ролики (щітки), переміщалися під дією тяг, що йдуть від відцентрового регулятора, який в свою чергу був пов'язаний з валом машини.

У 1840 р Б. С. Якобі була виконана одна з перших робіт з теорії електричних машин, основний зміст якої зводився до з'ясування енергетичної сутності процесів. У цій же роботі Якобі описав відкрите їм явище зворотного е. д. з.

Істотним внеском у розвиток електричної машини було дослідження Зінстеденом сердечників якорів, на підставі якого він прийшов до висновку про доцільність заміни масивних стрижнів пучками тонкого сталевого дроту. Це прогресивна пропозиція, спрямоване на зменшення втрат від вихрових струмів, в той час в практиці електромашинобудування не щеплена, і до 70-х років продовжували будувати машини з масивними сердечниками.

Перший математичний аналіз роботи машини з самозбудженням дав Дж. К. Максвелл. У роботі, опублікованій в 1867 р, Максвелл, між іншим, вперше ввів поняття про постійну часу в ланцюгах електричної машини.

Виключно важливе значення для розвитку електромашинобудування мали дослідження властивостей м'якого заліза і розробка методів розрахунку магнітного ланцюга.

Основоположні дослідження, що стосуються намагничивания м'якого заліза, належать професору Московського університету А. Г. Столєтова. У 1871 р в Московському математичному суспільстві А. Г. Столетов повідомив про роботу, що склала предмет його докторської дисертації, в якій була глибоко досліджена залежність коефіцієнта сприйнятливості від намагніченості заліза (цей коефіцієнт Столетов називав «функцією намагнічення»).

Провівши безліч надзвичайно тонких експериментів з намагнічуванням замкнутого залізного кільця. Столетов встановив, що коефіцієнт сприйнятливості зі збільшенням намагніченості зростає, досягає максимуму, а потім зменшується. Метод дослідження, розроблений Столєтова, покладений в основу сучасних методів вивчення магнітних властивостей сталі.

Практичне значення своїх досліджень правильно оцінив А. Г. Столетов, вказавши, що знання властивостей заліза при його намагнічуванні настільки ж важливо для електромашинобудування, як знання властивостей водяної пари для побудови парових машин. Своєчасність появи праці Столєтова стає очевидною, якщо пригадати, що ця робота була опублікована в 1871 р, т. Е. Через всього 1 рік після побудови перших машин Грамма.

Вивчення магнітних властивостей заліза було продовжено багатьма вченими в 70-80-х роках. Так, в 1880 р Е. Варбургом було відкрито явище гістерезису, і почалися .ісследованія втрат в залозі при розмагнічування (Т. Юінг, Ч. П. Штейнметц).

Велике значення для проектування електричних машин і апаратів мали роботи Дж. Гопктнсона, який на початку 80-х років сформулював так званий закон Ома для магнітного кола.

Гопкинсон вперше запропонував при розрахунку електричної машини або електромагнітного апарату розбивати їх магнітну ланцюг на ряд ділянок, кожен з яких має постійну магнітну проникність і перетин і представив закон Ома для магнітного кола.

На базі робіт Гопкинсон був розроблений метод розрахунку магнітного ланцюга, який повністю зберіг своє значення до теперішнього часу.

На підставі теоретичних досліджень, виконаних в 70-х роках, вдалося перейти від грубої емпірики до осмисленого, досить суворому проектування електричних машин, апаратів і приладів. Перш за все це виявилось у вдосконаленні форм магнитопроводов і, отже, в зменшенні магнітного розсіювання і зниження втрат. Машина постійного струму, зокрема, 1890 році отримала таку конфігурацію муздрамтеатру, яка не відрізняється від сучасної.

Белькінд Л. Д. Веселовський О. Н. і ін. Історія енергетичної техніки