Как развивались первые генераторы электрического тока. Какие ученые внесли вклад в создание электрогенераторов. Как был открыт принцип динамо. Какие основные этапы прошло развитие электрических машин.
Открытие электромагнитной индукции и первые генераторы тока
Историю развития электрогенераторов можно разделить на несколько ключевых этапов. Все началось с фундаментального открытия явления электромагнитной индукции, сделанного Майклом Фарадеем в 1831 году. Это открытие указало новый способ получения электрического тока с помощью механической энергии движения.
Какие же первые устройства для генерации электричества были созданы после открытия Фарадея? Сам Фарадей построил простейший генератор, состоявший из медного диска, вращающегося между полюсами постоянного магнита. При вращении диска в нем индуцировалась электродвижущая сила. Полюсами этого примитивного генератора служили ось диска и неподвижная щетка, скользящая по его краю.
Магнитоэлектрическая машина братьев Пиксии
Важный шаг вперед сделали в 1832 году братья Пиксии, создав первую магнитоэлектрическую машину. В чем заключалась ее конструкция? Машина состояла из подковообразного магнита, вращающегося перед электромагнитом в виде U-образного куска железа с обмоткой. При вращении магнита в обмотке индуцировался переменный ток.
Какое историческое значение имела машина Пиксии? Она наглядно продемонстрировала, что с помощью электромагнитной индукции можно получать токи значительной силы. Это открывало путь к практическому применению электричества.
Развитие конструкции генераторов в 1830-1850-х годах
На протяжении 1830-1850-х годов конструкция генераторов постепенно совершенствовалась. Какие основные улучшения были внесены в этот период?
- Появление коммутатора для выпрямления переменного тока в постоянный
- Увеличение числа магнитов и катушек для повышения мощности
- Применение электромагнитов вместо постоянных магнитов
- Создание кольцевого якоря (Грамм, 1869 г.)
Важным этапом стало создание в 1851 году В. Зинстеденом генератора с самовозбуждением. В чем заключалась его идея? Зинстеден предложил заменить постоянные магниты электромагнитами, питаемыми током от самой машины.
Изобретение динамо-машины и принцип самовозбуждения
Революционным прорывом в развитии электрогенераторов стало изобретение динамо-машины. Кто и когда создал первую динамо-машину? Это сделал немецкий инженер и изобретатель Вернер Сименс в 1866 году.
В чем заключался принцип работы динамо-машины Сименса? Она использовала остаточный магнетизм железного сердечника для начального возбуждения. При вращении якоря возникал слабый ток, который усиливал магнитное поле электромагнитов. Это в свою очередь приводило к дальнейшему усилению тока. Таким образом, машина сама себя возбуждала, наращивая мощность.
Какое значение имело изобретение динамо-машины? Оно позволило создавать мощные и экономичные генераторы, не требующие внешних источников возбуждения. Это открыло путь к широкому практическому применению электричества.
Усовершенствование динамо-машин в 1870-1880-х годах
В 1870-1880-х годах конструкция динамо-машин постоянного тока приобрела все основные черты современных машин. Какие усовершенствования были внесены в этот период?
- Создание барабанного якоря (Грамм, 1869 г.)
- Применение многополюсных конструкций
- Снижение скорости вращения за счет увеличения размеров
- Улучшение изоляции обмоток
- Совершенствование щеточно-коллекторного узла
Важным этапом стало создание в 1883 году трансформатора переменного тока. Кто изобрел трансформатор? Первую конструкцию предложил Люсьен Голар, а затем ее усовершенствовал Джон Гиббс.
Создание первых электрических станций
Когда начали создаваться первые центральные электростанции? Их строительство началось в 1880-х годах. Какие типы первичных двигателей использовались для привода генераторов на этих станциях?
- Паровые машины
- Газовые двигатели
- Гидротурбины
С какими трудностями столкнулись создатели первых электростанций? Основные проблемы заключались в обеспечении равномерного вращения генераторов и стабильного напряжения в сети. Для этого требовалось совершенствовать конструкцию первичных двигателей.
Вклад выдающихся ученых и изобретателей в развитие электрогенераторов
Создание электрических генераторов стало результатом работы многих талантливых ученых и инженеров. Какой вклад внесли наиболее выдающиеся из них?
Майкл Фарадей
Какое фундаментальное открытие сделал Фарадей? Он открыл явление электромагнитной индукции в 1831 году. Фарадей также создал первый примитивный генератор с вращающимся медным диском.
Вернер Сименс
Что изобрел Вернер Сименс? Его главным достижением стало создание в 1866 году динамо-машины, использующей принцип самовозбуждения. Сименс также усовершенствовал конструкцию якоря, предложив якорь в форме двойного Т.
Теофиль Грамм
Какое усовершенствование внес Теофиль Грамм? В 1869 году он создал генератор с кольцевым якорем. Эта конструкция позволила значительно повысить мощность машин и получила широкое применение.
Значение развития электрогенераторов для прогресса электротехники
Какое влияние оказало создание эффективных электрогенераторов на развитие электротехники и промышленности? Появление мощных и экономичных источников электроэнергии открыло путь к ее широкому практическому применению:
- Стало возможным электрическое освещение городов
- Начало развиваться электрифицированное производство
- Появился электрический транспорт
- Возникли системы электросвязи
Таким образом, создание эффективных электрогенераторов заложило фундамент для второй промышленной революции и формирования современной технологической цивилизации. Этот процесс наглядно демонстрирует, как фундаментальные научные открытия через цепочку изобретений и усовершенствований приводят к кардинальным изменениям в жизни общества.
8.1. Первые электрические машины — Энергетика: история, настоящее и будущее
К концу первой половины XIX века были доказаны взаимосвязь между различными явлениями природы и взаимопревращение различных форм движения материи: установлена связь тепловой и механической, электрической и тепловой, электрической и химической, электрической и магнитной форм энергии.
Начало практическому использованию электричества положили те области применения, которые не требовали значительных затрат электроэнергии, – телеграфия, телефония, военное дело (воспламенение пороховых зарядов, электрическое взрывание мин), дистанционное управление и др. В процессе создания различных устройств при этом использовании электричества важно было решить ряд практических и теоретических проблем: совершенствовать источники тока, создавать разнообразные приборы и приспособления, в том числе автоматические, изготовлять изолированные проводники, исследовать свойства различных материалов, разрабатывать методы измерений, устанавливать единицы измерения величин.
Все это привело к разработке схем и методов, получивших применение в современной телемеханике и телеуправлении.
Практически расширение области применения электричества тормозило отсутствие хорошего, экономичного источника электрического тока. Примерно до 1870 г. наиболее распространенными источниками электрического тока были электрохимические (гальванические) элементы и аккумуляторы (в 1854 г. немецкий врач В.И. Зинстеден открыл способ аккумулирования, а в 1859 г. француз Г. Планте построил свинцовый аккумулятор). Проблема экономичного источника электрической энергии была решена только созданием совершенной конструкции электромашинного генератора, в развитии которого можно отметить три основных этапа. Первый этап (1831–1851) характеризуется созданием магнитоэлектрических машин.
Как отмечалось ранее, опыты Эрстеда по отклонению магнитной стрелки током стали той искрой прометеева огня, которую исследователи и изобретатели превратили в громадное пламя…
Открытие Фарадеем в 1831 году явления электромагнитной индукции указало новый способ получения электрического тока.
Уже вскоре после этого открытия ученые и изобретатели стали стремиться к тому, чтобы применить данное явление к получению электричества при помощи энергии движения.
Магнитоэлектрическая машина основана на том, что электрический ток может быть вызван без всякой батареи одним передвижением магнита относительно замкнутых проводников.
Первый изобретатель электрического генератора, основанного на явлении электромагнитной индукции, пожелал остаться неизвестным. Произошло это так. Вскоре после опубликования доклада Фарадея в Королевском обществе, в котором было изложено открытие явления электромагнитной индукции, ученый нашел в своем почтовом ящике письмо, подписанное латинскими буквами Р. М., и приложенный к нему чертёж. Оно содержало описание первого в мире синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов. Внимательно разобравшись в этом проекте, Фарадей направил письмо и чертёж в тот же журнал, в котором был напечатан его доклад. Он надеялся, что неизвестный автор, следя за журналом, увидит опубликованным свой проект и сопровождавшее его письмо Фарадея, исключительно высоко оценивающее это изобретение.
Действительно, спустя почти полгода Р.М. прислал в редакцию журнала дополнительные разъяснения и описание предложенной им конструкции электрогенератора, но и на этот раз пожелал остаться неизвестным. Имя истинного создателя первого электромагнитного генератора так и осталось скрытым под инициалами Р.М. Человечество до сих пор, несмотря на тщательные розыски историков электротехники, не знает, кому же оно обязано одним из важнейших изобретений.
Машина Р.М. была первым генератором переменного тока и не имела устройства для выпрямления тока. С помощью этого генератора удалось разложить воду (поскольку ток был переменным, то при электролизе получилась смесь водорода и кислорода – гремучий газ). Необходимо было создать машину, в которой можно было бы получать ток, постоянный по величине и направлению.
Почти одновременно с неизвестным автором конструированием генераторов занимались в Париже братья Пиксии и профессор физики Лондонского университета, член Королевского общества В. Риччи.
Созданные ими машины имели специальное устройство для выпрямления переменного тока в постоянный – так называемый коллектор. Первая магнитоэлектрическая машина братьев Пиксии (рис. 8.1) была построена в 1832 году. Она явилась предшественницей всех динамо-машин в широком смысле слова, т.е. всех машин, служащих для превращения энергии движения в электрическую энергию. Ее следует считать родоначальницей целого поколения разнообразных машин, предназначенных для получения электрического тока. Мимо неподвижных катушек Е и Е ‘, снабженных сердечниками, движутся посредством кривошипа и зубчатой передачи лежащие против них полюсы подковообразного магнита А, В, вследствие чего в катушках вызываются токи переменного направления. В генераторе братьев Пиксии нужно было вращать тяжелые постоянные магниты, что затрудняло пользование им. Со временем поняли, что целесообразнее сделать неподвижными постоянные магниты, а вращать более легкие катушки между полюсами магнитов. Магнитоэлектрические генераторы такого типа оказались значительно удобнее и именно в такой конструктивной форме впервые вошли в практику.
Стремясь повысить мощность электрических машин, изобретатели увеличивали число магнитов и катушек. Сильный толчок к построению более мощных магнитоэлектрических генераторов дали дуговые лампы с регуляторами, получившие применение на маяках в связи с развитием морского транспорта. В 1854 году в Париже была открыта первая фабрика «Compagnie L’Alliance» по изготовлению крупных магнитоэлектрических машин (рис. 8.2). В генераторе
«Альянс» на чугунной станине были укреплены в несколько рядов подковообразные постоянные магниты, расположенные по окружности и радиально по отношению к валу. Различные варианты таких генераторов имели разное число рядов магнитов (3,5,7). В промежутках между рядами магнитов устанавливались на валу кольца с большим числом катушек-якорей. На валу был укреплен коллектор с изолированными друг от друга и от вала машины металлическими пластинами. Коллекторными щетками служили специальные ролики. В машине было предусмотрено устройство для смещения роликов в зависимости от нагрузки.
Рис. 8.1. Первая магнитоэлектрическая машина братьев Пиксии
Рис. 8.2. Генератор «Альянс»
В генераторе «Альянс» можно было изменять соединение обмоток катушек, в результате чего менялась э.д.с. в цепи. Поэтому генератор мог давать или большой ток низкого напряжения и служить, например, для целей гальванопластики и электролиза, или ток меньшей силы, но более высокого напряжения (40–250 В) для питания дуговых ламп.
постоянных магнитов электромагнитами, возбуждаемыми током от магнитоэлектрической машины, высказал в 1851 году В. Зинстеден. Так начался второй этап развития электрогенераторов, занявший сравнительно небольшой отрезок времени.
Рис. 8.3. Магнитоэлектрическая машина Сименса
Рис. 8.4. Первая динамо-машина постоянного тока Сименса
В 1856 г. важнейшее усовершенствование в конструкцию магнитоэлектрической машины, а именно в конструкцию движущихся магнитных катушек и их железных сердечников, внес Вернер Сименс.
Такие катушки с железом внутри называются якорем. Сименс придал якорю более удобную форму в виде «двойного Т». Якорь вращается между полюсами плотно обхватывающих его магнитов, причем количество магнитов может быть легко увеличено при соответствующем увеличении длины якоря. Якорь Сименса позволил в дальнейшем усовершенствовать конструкцию магнитоэлектрической машины (рис. 8.3). В конце того же года Сименс обратил внимание на то, что железо сердечника электромагнита сохраняет следы магнетизма и после выключения тока. Этот остаточный магнетизм оказался достаточным для начала процесса самовозбуждения. Отпала необходимость в отдельном генераторе для питания обмотки электромагнита. Таким образом, Вернер Сименс установил принцип создания и построил первую динамоэлектрическую машину постоянного тока (рис. 8.4) для взрывания мин, которую и продемонстрировал в конце 1866 г. перед несколькими выдающимися физиками. 17 января 1867 г. Сименс выступил в Берлинской академии наук с докладом «О превращении рабочей силы в электрический ток без применения постоянных магнитов».
Этот доклад заканчивался словами: «…современной технике даны средства дешевым и удобным способом вызывать электрические токи неограниченной силы повсюду, где имеется рабочая сила. Этот факт будет иметь большое значение во многих ее отраслях».
Большим шагом вперед в развитии электрических генераторов было открытие принципа самовозбуждения, который получил широкую известность после 1867 года. Именно после 1867 года, когда почти одновременно в разных странах были построены генераторы с самовозбуждением, начался третий этап в развитии электрического генератора.
Бельгиец Теофил Грамм в 1869 г. создал генератор, получивший широкое применение в промышленности. В своей динамо-машине Грамм использовал принцип самовозбуждения, а также усовершенствовал якорь Сименса, придав ему форму кольца. Он обвил железное кольцо непрерывной проволокой, концы которой соединил вместе, и таким образом получил спираль. Обороты спирали в каждой половине кольца соединены последовательно, но обе половины обмотки кольца соединены противоположно друг другу.
Токи с обеих сторон направляются к верхней точке кольца, образуя положительный полюс. Подобным же образом в нижней точке, откуда берут свое направление токи, будет находиться отрицательный полюс. Кольцевая машина Грамма (рис. 8.5) явилась первой практической динамо-машиной с барабанным якорем. Такая весьма сложная конструкция якоря с незначительными усовершенствованиями используется и в настоящее время. Барабанный якорь позволяет достичь кругового пути прохождения максимального количества линий сил, возбуждающих ток в обмотке электромагнитов. Грамм дал несколько конструкций своей машины. В одной из первых его машин кольцевой якорь был укреплен на горизонтальном валу. Он вращался между охватывавшими его полюсными наконечниками двух электромагнитов. Якорь приводился во вращение через приводный шкив. Обмотка электромагнита была включена последовательно с обмоткой. Генератор Грамма давал постоянный ток, который отводился с помощью металлических щеток, скользивших по поверхности коллектора.
Вернер Сименс (1816–1892) – немецкий электротехник и предприниматель, член Берлинской академии наук, основатель и главный владелец электротехнических концернов «Сименс и Гальске», «Сименс и Шуккерт» и др. В 1834 году Вернер Сименс с отличием окончил Любекскую гимназию и, успешно выдержав экзамены, поступил в Артиллерийское инженерное училище в Мальденбурге. Счастливым чувствовал себя молодой В. Сименс, когда его командировали на три года в Берлин для получения технического образования в Объединенной инженерноартиллерийской школе. Это полностью отвечало его склонностям к учебе. Здесь под руководством опытных учителей, преподававших также в Берлинском университете, он начал изучать математику, физику, химию и, конечно, баллистику – основу артиллерии. Это дало ему возможность удовлетворить жажду знаний и проявить изобретательский талант, получив фундаментальное образование в военном учебном заведении. В 1841 году Вернер Сименс получил патент на способ гальванического серебрения и золочения.
Это было первое изобретение Сименса в области электротехники. Он занимался изобретательством и научными опытами по применению взрывчатой хлопчатой бумаги. Уже в 1845 году Вернер становится одним из наиболее заметных молодых ученых в недавно образованном Физическом обществе. В это время он делает ряд изобретений по телеграфной части, а также изобретает стрелочный телеграф, поскольку оптический телеграф в то время воспринимался как не соответствующий уровню технического развития. В 1846 году Сименс вошел в состав комиссии Политехнического общества Берлина по введению электрических телеграфов в Пруссии. В это время он изобрел специальную машину для покрывания медной проволоки гуттаперчей; машина эта вошла во всеобщее употребление при производстве изолированных проводников для подземных и подводных телеграфных кабелей.17 января 1867 г. в Берлинской академии наук Вернер Сименс изложил теорию, являющуюся исходным моментом всей современной электротехники, и представил совершенную конструкцию генератора постоянного тока с самовозбуждением.
Он же предложил ртутную единицу сопротивления, впоследствии преобразованную в Ом, а единице электрической проводимости было присвоено наименование сименс.Сименс много сделал для развития немецкой и европейской электротехники. Он был инициатором образования Берлинского электротехнического союза (1879), основателем и председателем Общества патентов в Берлине, меценатом в области науки и культуры. На своих предприятиях он проводил обдуманную социальную политику. Удивительные слова принадлежат ему: «Мои капиталы будут жечь мне руки подобно раскаленному железу, если я не поделюсь с теми, кто помог мне получить этот доход, причитающейся им долей». Сименс был новатором во всем, чего касался его гений. В конце жизни Сименс написал: «Я считаю свою жизнь удавшейся, так как она была заполнена усилиями, которые почти всегда были успешными, и работой, приносящей пользу людям».
Рис. 8.5. Кольцевая машина Грамма
Машина Грамма в сравнении с магнитоэлектрической машиной такого же веса развивала в шесть раз большую мощность.
Этот генератор быстро вытеснил генераторы других типов и получил очень широкое распространение. В начале 70-х годов XIX века был уже хорошо известен принцип обратимости и машина Грамма использовалась как в режиме генератора, так и в режиме двигателя.
В течение 70–80-х годов XIX века машина постоянного тока приобрела все основные черты современной машины. Дальнейшие усовершенствования не затрагивали основных принципов и конструктивных узлов машины, а были направлены на повышение качества, улучшение использования активных материалов и усовершенствование изоляции, повышение качества щеток и пр.
Очень важное усовершенствование заключалось в значительном снижении скорости вращения якоря. Высокая скорость вращения была необходима для получения достаточной электродвижущей силы. Но такой же результат может быть получен и путем увеличения диаметра кольца. При этом электромагнит был помещен внутрь кольца. Такая многополюсная динамо-машина была установлена на центральной электрической станции и питала до 2000 осветительных электроламп накаливания постоянного тока.
В процессе эволюции конструкции динамомашины было подмечено, что для некоторых целей, а главным образом для питания дуговых осветительных ламп, можно пользоваться невыпрямленным током переменного направления. При этом конструкция машины значительно упрощается, так как коллектор становится лишним и заменяется двумя кольцами.
Первой побудительной причиной развития динамо-машин переменного тока (так называемых «альтернаторов») послужило изобретение Яблочковым его «электрической свечи».
На рис. 8.6 представлен альтернатор Ганца, конструкция которого состоит из насаженного на вал лучеобразного индуктора Е, против каждого из десяти лучей (полюсов) которого расположено 10 катушек якоря, закрепленных на внутренней поверхности кольцеобразной железной рамы. При вращении индуктора в обмотках катушек возникают токи, постоянно меняющие направления. Обмотки же этих катушек соединены так, что при каждом положении индуктора в них одновременно возникают токи одного направления.
Рис.
8.6. Альтернатор Ганца
Вскоре берлинская фирма Сименса предложила свою конструкцию динамо-машины переменного тока (рис.8.7), конструкция которой интересна тем, что в индукторах не имеется железных сердечников, а для возбуждения используется дополнительная маленькая машина постоянного тока. Такая динамо-машина позволяла получать переменный ток значительно более высоких напряжений для питания нескольких независимых электрических цепей со многими последовательно включенными дуговыми лампами.
Второй побудительной причиной широкого распространения динамо-машин переменного тока явилась легкость трансформации переменного тока. Эта замечательная способность преобразования (трансформации) переменного тока была впервые использована Голардом в 1883 г. и усовершенствована Ганцем.
Рис. 8.7. Динамо-машина переменного тока Сименса
Первые динамо-машины были предназначены в основном для питания различных осветительных устройств. Однако широкое промышленное применение системы электрического освещения получили с совершенствованием конструкции и технологии строительства мощных центральных городских электрических станций и систем распределения электрической энергии.
Для приведения в действие динамо-машин в первое время применялись три вида двигателей: паровые, газовые и гидравлические.
Паровые двигатели состояли из парового котла, паропроводной трубы и собственно паровой машины. Из-за специфических условий сооружения генераторных станций (ограниченное помещение и относительная близость жилых зданий) преимущественное распространение получили водотрубные котлы, в которых испаряющаяся вода помещается во многих узких сообщающихся между собой трубках, охватываемых пламенем. Паровые двигатели, используемые в качестве привода динамо-машин, должны были отвечать определенным требованиям. В частности, динамо-машина требует от парового двигателя очень равномерного хода
не только относительно числа оборотов в минуту, но и в отношении скорости вращения в течение отдельных оборотов. Если эта равномерность не достигается, то напряжение на выходе динамо-машины колеблется в значительном диапазоне, к чему очень чувствительны осветительные лампы накаливания: они мигают, например, когда по шкиву проходит слишком толстый шов на ремне или когда ремень слишком слабо натянут (рис.
8.8). Подобные случайности заставили машиностроителей и электротехников полностью отказаться от ненадежных ремней. Однако сделать это было нелегко еще и потому, что у паровых машин и динамо-машин была различная угловая скорость вращения валов – соответственно 200 и 1000 оборотов в минуту. Чтобы уравнять угловую скорость шкивы машин приходилось делать различного диаметра, что обуславливало необходимость соединения их ремнем. Первые быстроходные паровые машины, соединенные с динамо-машиной без помощи ремня, были построены на заводах Вестингауза. Сущность устройства заключается в применении паровых цилиндров с кривошипно-шатунным механизмом, приводимым в движение паром. При этом весь механизм заключен в оболочку, так что из движущихся частей наружу выдаются лишь оба конца вала (рис. 8.9).
Рис. 8.8. Паровой двигатель и динамо-машина, соединенные ремнем
Рис. 8.9. Быстроходная паро-динамическая машина Вестингауза
Рис. 8.10. Газомотор Кертинга
Кроме паровых машин, для вращения динамо-машин в тех местах, где имелся газопровод, применялись газомоторы.
Преимущество газомоторов заключалось в том, что они требуют сравнительно мало места и могут быть приведены в действие за нескольких минут. Самое широкое распространение получили газомоторы Отто, которых к концу 1894 г. для получения электрического освещения было установлено около 3000. Газомоторный завод в Дейтце (Германия) занимался специально разработкой газового двигателя для целей электрического освещения. Такой двигатель обеспечивал достаточно равномерное вращение и, соответственно, совершенно ровный свет. На заводах в Кергтиндорфе близ Ганновера известная в то время фирма братьев Кертинг организовала массовое производство газомоторов для целей электрического освещения (рис. 8.10).
Наиболее экономичными с точки зрения стоимости производства электроэнергии являются гидравлические двигатели, использующие энергию падающей воды. В качестве водяных двигателей применялись гидротурбины как с вертикальной, так и с горизонтальной осью. Динамо-машина с приводом от гидротурбины (рис. 8.
11) была построена фирмой «Эсслинген» для завода Терни в Италии. Вода подавалась на лопатки гидротурбин с высоты 280 м при давлении в 18 атмосфер. Благодаря возможности пользования несколькими турбинами в работу вводилось столько динамо-машин, сколько было необходимо в данный момент времени.
Рис. 8.11. Динамо-машина с приводом от гидротурбины
Первые электрические генераторы и электродвигатели
Первая половина XIX века отмечается также первыми попытками практического применения электричества в качестве движущей силы. В 1822 году англичанин Барлоу построил прототип электродвигателя — «звездное колесо» или «колесо Барлоу». Прибор Барлоу состоял из звездообразного металлического колеса с горизонтальной осью, край которого погружен в ванночку с ртутью и помещенного между полюсами подковообразного железного магнита. Если от оси колеса к его периферии и далее через ртуть течет ток, колесо вращалось.
В 1831 году Сальваторе даль Негро (1768—1839)
построил первый электромотор, а в 1832
году Ипполит Пиксий, парижский конструктор
физических инструментов, построил
небольшую электромагнитную машину, в
которой подковообразный магнит вращался
перед электромагнитом в виде U-образного
куска железа, обвитого длинным (30 м)
медным проводом в шелковой изоляции.
В 1834 году Якоби описал электродвигатель, состоящий из системы железных стержней с проволочными обмотками на неподвижных и вращающихся частях мотора. Электродвигатель Якоби был использован в 1838 году для приведения в движение лодки на Неве. Источником питания в двигателе Якоби служили батареи гальванических элементов.
Одновременно с появлением электродвигателя
возникает задача конструирования
электромагнитных генераторов
электрического тока.
Первый генератор
тока был построен самим Фарадеем. Фарадей
был первым физиком, которому удалось
получить вращение проводника с т
оком
в магнитном поле, был Фарадей. В 1821 году
он сконструировал очень простое
приспособление: конец подвешенного
проводника был опущен в резервуар с
ртутью, в который снизу входил слегка
выступающий над поверхностью ртути
вертикальный магнит. При пропускании
тока через ртуть и проводник последний
начинал вращаться вокруг магнита. Опыт
Фарадея, блестяще модифицированный
Ампером, бесчисленными способами
варьировался затем на протяжении всего
XIX века.
Прототип генератора электрического тока был построен и описан Фарадеем вместе с первыми опытами по электромагнитной индукции. Этот генератор состоял из медного диска, вращающегося между полюсами постоянного магнита; при этом в д иске индуцировалась э. д. с. Полюсами генератора служили ось диска и неподвижная щетка, имеющая скользящий контакт с краем диска.
Говоря о первых попытках применения
электричества на практике, следует
упомянуть изобретенную Якоби
гальванопластику.
В 1837 г. Якоби сообщил
о своем изобретении, а в 1839 г. в России
применяли гальванопластинку при
печатании кредитных билетов.
В 1844 году появилось описание «земно-электрической машины» (или «круга») Луиджи Пальмьери (1807—1896) как генератора переменного тока.
Конструкция генератора Пиксия была улучшена Кларком, Пэйджем, Молле и другими, после чего этот генератор получил практическое применение в гальванопластике, а с 1862 году в Англии стал использоваться для электрического освещения маяков.
Индукционные машины с прерыванием тока
нуждались в быстром прерывателе тока,
первая модель которого была изобретена
в 1837 году Антуаном Массоном (1806—1860). В
1851 году Генрих Даниил Румкорф (1803—1877),
известный парижский конструктор
физических аппаратов, усовершенствовал
аппарат Массона Так возникла «индукционная
катушка», названная в честь Румкорфа
его именем. Начиная с 1838 г. американец
Чарльз Пэйдж (1812 — 1868) постепенно
совершенствовал конструкцию индукционных
катушек, но в Европе о его работах ничего
не было известно.
П рименение генераторов было весьма ограничено, особенно из-за несовершенства коммутаторов. Устранение этих несовершенств стало одной из главных задач электротехники того времени. В 1860 году Антонио Пачинотти (1841 — 1912) дал гениальное решение этой задачи, применив свою «машинку», представлявшую собой мотор постоянного тока с коллектором. Эта машинка описана в статье в 1864 года, где указывается также возможность превращения мотора в д инамомашину постоянного тока.
Современная электротехника начинается с изобретения Пачинотти. Начиная с 1871 года его изобретение получило широкое распространение после внесения практических изменений Зиновием Граммом (1826—1901), а также с введения трансформатора, который был предложен Гояаром в 1882 году. В 1888 году Галилео Феррарисом (1847—1897) изобрел мотор с вращающимся магнитным полем.
Остановимся теперь кратко на развитии
экспериментальной техники. Первыми
измерительными приборами была
гальванометры, которые появились уже
в начале 20-х годов.
Одним из первых был
гальванометр немецкого физика Поггендорфа.
Он состоял из проволочной катушки,
внутри которой помещалась магнитная
стрелка. Прибор был снабжен шкалой для
количественных отсчетов.
В 1825 году итальянец Нобили сконструировал более совершенный прибор, применив астатическую систему из двух магнитных стрелок с противоположно направленными полюсами. Гальванометр быстро совершенствовался. Для более точных измерений стали применять зеркальный отсчет.
В 1848 году Вебер построил электродинамометр — прибор для измерения силы тока, состоящий из двух катушек, соединенных последовательно, одна из которых помещалась внутри другой и могла вращаться относительно первой. При протекании тока внутренняя катушка поворачивалась и по углу поворота определялась сила тока. Электродинамометр применялся для измерения силы постоянного и переменного тока.
В первой половине XIX века разрабатывают
методы измерения сопротивления.
В начале
40-х годов были построены первые переменные
реостаты с отсчетом (в произвольных
единицах). Якоби предложил
единицу сопротивления, изготовил эталон
сопротивления и разослал его ряду
ученых. Исследованиями в области
измерения сопротивления много занимался
английский физик Чарльз Уитстон. Как
отмечалось в предыдущем разделе, он
изобрел так называемый мостик Уитстона,
ставший основным прибором для измерения
сопротивлений.
Несмотря на совершенствование измерительной техники, постоянной системы единиц для электрических и магнитных величин не было. Правда, уже в 30-х годах Гаусс, занимаясь исследованием земного магнетизма, предложил «абсолютную систему» единиц. Однако общепризнанные единицы для электрических и магнитных величин входят в практику только во второй половине XIX века.
Краткого упоминания заслуживает еще
одно применение явления электромагнитной
индукции — телефон, о приоритете на
изобретение которого велись ожесточенные
споры и даже судебные процессы.
Теперь
уже представляется несомненным, что
первым изобрел телефон Антонио
Меуччи (1808—1889) в 1849 году, но первый
телефонный аппарат был показан лишь в
1876 году на Филадельфийской выставке Александром Грехемом Беллом (1847—1922). Приемная часть телефона Белла
осталась без изменений до наших дней,
передающая же была очень несовершенной.
Ее усовершенствовал Эдисон в том же
1876 году, введя угольный передатчик, но
существенное улучшение в 1878 году внес Дэвид Юз (1831—1900), изобретя
микрофон, в основных чертах сходный с
тем, который применяется в наше время.
Первый, кто применил телефон при
физических исследованиях, был, пожалуй, Кольрауш, использовавший его
в своих работах по измерению сопротивления
электролитов.
Широкое применение телеграфной и
телефонной связи имело большое значение
для развития электродинамики. Под
влиянием практических потребностей
телеграфной, а затем и телефонной связи
развивались теория квазистационарных
токов, и теории электрических колебаний.
Известно, например, что работы Уильяма
Томсона (1824-1907), относящиеся к теории
электрических колебаний, были
непосредственно связаны с его практической
деятельностью научного консультанта
компании, которая вела работы по прокладке
трансатлантического кабеля.
Электрический генератор Фарадея — Эпоха революции
Тема: Экономическая и техническая революция, Медицина, наука и люди
Предоставлено Научной фотобиблиотекой и Королевским институтом, Лондон.Это простое на вид устройство, созданное Майклом Фарадеем в 1831 году, произвело революцию почти во всех аспектах жизни людей во всем мире. Это первый в мире генератор электроэнергии.
К 1800-м годам промышленная революция набирала обороты с появлением новых захватывающих машин, приводимых в движение паром. Но паровая энергия имела свои пределы и далеко не всем была доступна. В 1820-х годах Майкл Фарадей (1791–1867), ученый, работавший в Королевском обществе в Лондоне, понял, что необходима более полезная форма власти.
Он начал проводить эксперименты, основанные на работах Алесандро Вольта и Ганса Христиана Эрстеда и их работах с ранними батареями, магнетизмом и движением.
В 1831 году Фарадей сделал революционное открытие. Он обмотал трубку медной проволокой и заизолировал тканью. Затем он подключил медный провод к гальванометру, который мог измерять электрический ток. Когда он пропускал магнит вперед и назад через середину трубки, стрелка гальванометра двигалась. Он создал первый в мире генератор электричества.
Генератор преобразует движущую силу (механическую энергию) — в данном случае движение магнита вперед и назад — и преобразует ее в электричество. Независимо от того, является ли источником энергии вода, пар, ветер, нефть, уголь или ядерная реакция, почти вся электроэнергия сегодня производится генераторами (или турбинами), использующими принципы Фарадея.
Знаете ли вы…?
Майкл Фарадей также «изобрел» «Рождественские лекции», доклады, предназначенные специально для молодых людей, чтобы помочь им понять научные принципы и открытия.
Увлекательные интерактивные выступления и шоу для молодежи по-прежнему ежегодно проводятся в виде «Рождественских лекций» Королевским институтом, а также университетами и организациями по всей стране.
Дополнительная информация об этом объекте от Королевского института:
Генераторная катушка Фарадея. Это было сделано Майклом Фарадеем в 1831 году и состоит из катушки медной проволоки, намотанной на полый сердечник. Перемещение намагниченного железного стержня через катушку индуцирует ток в катушке. Фарадей показал, что магнит должен двигаться, чтобы индуцировать ток, что стало ранней демонстрацией преобразования механической энергии в электрическую. Это было основой современных динамо-машин. Этот предмет сейчас выставлен в Королевском институте в Лондоне.
Источники и благодарности
Это описание объекта и связанные с ним образовательные ресурсы были исследованы и написаны нашей командой историков и специалистов в области образования.
Для получения дополнительной информации посетите домашний музей, галерею или архив предмета, указанные выше.
Найдите здесь
Этот объект находится в коллекции Королевского института
.История Генератора | Мой Генератор
Похоже, в вашем браузере отключен JavaScript.
Для использования функций этого веб-сайта в вашем браузере должен быть включен JavaScript.
ПОКУПАЙТЕ РАНЬШЕ НА ПАСХУ! МАГАЗИН НЕОБХОДИМОСТИ ЗДЕСЬ
домой
Поиск:
Мой счет
В вашей корзине нет товаров.
Кто изобрел самый первый генератор? Как они развивались, чтобы стать электростанциями, которыми они являются сегодня? Здесь мы раскрываем яркие искры ( извините …) который дал нам генератор, на который мы так полагаемся сегодня.
В зависимости от того, как далеко вы хотите вернуться, генератор в том виде, в каком мы его знаем сегодня, произошел от работы Майкла Фарадея и Джозефа Генри в 1830-х годах.
Эти два изобретателя открыли и задокументировали явление электромагнитной индукции, теперь известное как «закон Фарадея». Не будучи слишком техническим, принцип гласит, что электродвижущая сила создается в электрическом проводнике, который окружает переменный магнитный поток. Основываясь на этом. Фарадей также построил первый электромагнитный генератор — диск Фарадея.
Известия о законе Фарадея распространились, и в 1832 году француз Ипполит Пикси построил первый динамо-генератор. Его модель создавала импульсы электричества, разделенные отсутствием тока. Случайно он также создал первый генератор переменного тока. Он не знал, что делать с изменяющимся током, поэтому сосредоточился на попытке устранить переменный ток, чтобы получить питание постоянного тока.
В то время как динамо-машина была первым электрическим генератором, способным обеспечивать электроэнергией промышленность, в течение следующих 30 лет 9Аккумулятор 0019 продолжал оставаться самым мощным способом подачи электроэнергии.
И даже с батареей были проблемы. Электропоезд с батарейным питанием из Вашингтона, округ Колумбия, в Балтимор потерпел неудачу, доказав серьезное затруднение для новой области электричества. После потраченных впустую миллионов долларов старый добрый пар все же оказался лучшим источником энергии. Инженерам еще предстояло пройти долгий путь, чтобы сделать электричество надежным и жизнеспособным.
Входит Антонио Пачинотти. В 1860 году Пачинотти создал динамо-машину, которая впервые обеспечивала постоянную мощность постоянного тока. Несколько лет спустя Вернер фон Сименс и Чарльз Уитстон создали более мощную и полезную динамо-машину, используя Электромагнит с автономным питанием вместо слабого постоянного магнита.
Дела с электричеством шли лучше, и в 1871 году наступил переломный момент. Зеноба Грамм заполнила магнитное поле железным сердечником, что сделало лучший путь для магнитного потока. Это увеличило мощность динамо-машины до такой степени, что ее можно было использовать для многих коммерческих приложений.
Изобретение Грамма вызвало бум новых конструкций динамо-машин, но лишь немногие из них отличались превосходной эффективностью. Самая надежная и эффективная конструкция динамо-машины была приписана американцу Чарльзу Ф. Брашу в 1876 году. Его изобретение было продано через компанию Telegraph Supply Company.
К концу 1870-х годов компания Ganz начала использовать генераторы переменного тока в небольших коммерческих установках в Будапеште, а к 1880 году Чарльз Ф. Браш имел в эксплуатации более 5000 дуговых ламп, что составляло 80 процентов всех ламп во всем мире. С этим пришла экономическая мощь электрического века.
Однако, поскольку динамо-машины постоянного тока безраздельно господствовали на прибыльном американском рынке, люди скептически относились к инвестициям в генераторы переменного тока. Системы управления и распределения энергии переменного тока необходимо было значительно улучшить, прежде чем они могли бы конкурировать с постоянным током на рынке.
К концу века в США, Германии, Италии и других странах были разработаны системы переменного тока с улучшенным управлением и мощными электродвигателями, которые, наконец, позволили переменному току конкурировать.
