зародження електротехнології

Дослідження теплових і хімічних властивостей електричного струму, що проводилися фізиками Е. Карлейлем, В. Нікольсон, В. В. Петровим, Г. Деві, М. Фарадеєм, Е. X. Ленцем, Д. П. Джоулем, Б. С. Якобі, заклали наукові основи практичної електрохімії і електротермії.

Промислова електрохімія почалася з освоєння гальванотехнічних процесів рафінування міді і видобутку електролітичним шляхом кисню і водню. Спочатку джерелами електрики служили гальванічні батареї. Відсутність економічних і досить потужних генераторів гальмувало впровадження в практику електрохімічних і електротермічних процесів.

Лише поява на початку 70-х років динамо-машини дало помітний поштовх розвитку електрохімії і електрометалургії. Ще більшого розмаху ці галузі отримали з введенням централізованого електропостачання.

До кінця ХIХ ст. електролітичним шляхом виробляли в широких масштабах рафіновану мідь, бертолетової сіль, хлор, деякі лугу, озон (для стерилізації та очищення води). Розвивалася й удосконалювалася гальванотехніка.

Використання електричної енергії привело до появи і розвитку нових способів виробництва штучних добрив для сільського господарства. В цей же час виник ряд електрометалургійних і електрохімічних виробництв, заснованих на застосуванні електричних печей. Був винайдений і став застосовуватися на практиці новий спосіб обробки металів - електрозварювання.

Одна з перших спроб (1867 г.) зварити два шматки металу в місці їх електричного контакту належала американському вченому і інженеру І. Томсону. На практиці цей спосіб стали використовувати лише в 90-і роки після капітальних удосконалень. До цього часу у багатьох країнах вже широко застосовували «Електрогефест», розроблений російським винахідником Н. Н. Бенардосом. У 1882 р він здійснив електричну зварку металів, які сплавляли електричною дугою з додатково вводиться присадним електродом. Він же запропонував ще кілька видів зварювання: контактну, зварювання в струмені захисних газів (1887 р) та ін.

У 1888 р російський інженер Н. Г. Славянов винайшов спосіб зварювання розплавляється металевим електродом і назвав його «електричної відливанням металів».

Електричне зварювання металів набула великої популярності в Західній Європі на заводах Крезо і суспільства - «Комантрі» (Франція), на підприємствах Крупна в Ессені (Німеччина) л «Ергард і Гей» (Австрія), більш ніж на 20 заводах Англії. Особливо стрімко електрозварювання вводили в Англії, де в 1890 р був побудований спеціальний завод для виробництва зварювальних машин і завод по експлуатації електрозварювання методами Коффі і Детруа, пристосуватися Електрогефест для зварювання невеликих предметів. Електрогефест використовували також для різання металів і свердління отворів.

На жаль, на батьківщині винахідників електрозварювання - в Росії новий спосіб отримав обмежене застосування: в декількох залізничних майстерень. До початку 900-х років понад 70 великих заводів Західної Європи ввели у себе способи електричної виливки і паяння. Однак після промислового освоєння в 1906 р ацетилено-кисневого зварювання інтерес до електрозварювання тимчасово впав.

Розвиток електрометалургії і електрохімічних виробництв з використанням електронагріву стало можливим після створення якісних і економічних електричних печей. Одна з найбільш ранніх спроб побудувати електричну піч відноситься до 1815 р Шматок стали, поміщений в спеціальну камеру, був нагрітий проходять по ньому струмом.

Це була піч опору прямої дії. Подібного роду піч промислового значення була створена в 1884 р братами Коульс в США для відновлення алюмінію і отримання його сплавів. Інший вид - печі опору побічної дії: в них тепло виділялося в спеціальному нагрівачі з токопрвводящего матеріалу. Довгий час ці пристрої залишалися лише в лабораторіях.

У порівнянні з печами опору більш прогресивними виявилися дугові печі з використанням дугового електричного розряду. У таких печах можна було отримати в невеликому обсязі величезну концентрацію тепла, достатню для розплавлення навіть самих тугоплавких металів і мінералів. У цьому полягала основна перевага електротермічних апаратів в порівнянні зі звичайними металургійними печами, в яких колосальні втрати тепла виникали через нагрівання самих печей і лучеиспускания їх великих поверхонь.

Практично придатну конструкцію дугового печі створив В. Сіменс в 70-х роках XIX ст. Згодом було розроблено безліч подібних апаратів. Серед російських робіт можна відзначити дугову електропіч Н. Г. Славянова (1890 г.) - так звану изложницу, в якій здійснювалося електричне ущільнення сталевихвиливків.

У 1892 р французький хімік А. Муассан побудував дугову електропіч, широко розповсюдилася в хімічній і металургійній технології. Потужність перших печей Муассана становила не більше 30 кВт, а в другій половині 90-х років досягла 200 кВт і вище. Для їх харчування використовували постійний і змінний трифазний і однофазний струми.

Одне з основних умов зручного і економічного функціонування електротермічного апарату складалося в невеликій витраті вугілля електродів і в можливості легкого і точного управління дугою. На практиці набули поширення індуктивні автоматичні регулятори, що випускалися американською фірмою «General Electric».

Електричні печі, використані спочатку для отримання карбіду кальцію, стали технічною базою для приготування феросплавів і сталі.

Експлуатація потужних дугових електропечей була пов'язана з істотними труднощами через величезні атолчков "струму - номінальний струм печей досягав декількох сотень ампер. На технологічний процес вирішальне значення надавали характеристики самої дуги. Зокрема, подовження дуги сприяло економічності печей, так як дуга при цьому робилася більш стійкою і поліпшувалася передача тепла до металу. Для додання дузі бажаної форми і розмірів вдавалися, починаючи з першої печі Сіменса, до установки електромагнітів.

Вдалий спосіб подовження дуги був знайдений російським інженером С. І. Тельнов (1916 г.): в під печі закладався мідний соленоїд, включений послідовно з електродами, взаємодія електромагнітного поля соленоїда з дугою призводило дугу в обертання, через що вона видовжувалася.

Тривали пошуки раціональних методів індукційного нагріву. У 1900 р швед Ф. А. Челліні винайшов індукційну піч, що живиться струмом нормальної частоти (для виплавки кольорових металів). У 1907 р А. Н. Лодигін запропонував нагрівати і плавити метали за допомогою вихрових струмів. У промислових установках в першому десятилітті XX в. використовували трифазні індукційні печі Рёхлінг-Роденгаузера і Челліні.

В кінці минулого століття електрохімія, електрометалургія і електротермія увійшли в тісний контакт. Згодом ці напрямки електротехніки виділилися в самостійні галузі науки і техніки. Ці електроємна виробництва розвивалися в міру централізації виробництва електроенергії і її здешевлення. Найбільш перспективним у даному випадку виявилося електропостачання від гідроелектричних станцій. У Росії, не розташовувала потужними ГЕС, електроємна виробництва розвинулися незначно. В основному електроенергію використовували для електроприводу.

У розглянутий період електротехніка виділялася з фізики і ставала самостійною галуззю техніки і промисловості. У 90-і роки на основі системи, що розвивається трифазного змінного струму здобула самостійність електроенергетика. Це спричинило за собою глибокі перетворення в усіх галузях суспільного виробництва. Почався перехід від механічних систем передачі енергії до електроприводу робочих машин.

Шухардін С. В. "Техніка в її історичному розвитку"