Глава первая
ОСНОВНОЙ ТИП МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА И ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЕЕ КОНСТРУКЦИИ
1. Краткая история развития машины постоянного тока
История развития электромашиностроения, начиная со времени открытия Фарадеем закона электромагнитной индукции (1831 г.) и до середины 80-х годов прошлого столетия, представляет собой по существу историю развития машины постоянного тока. За это время она прошла четыре этапа развития, а именно: 1) машины магнитоэлектрического типа с постоянными магнитами, 2) машины электромагнитного типа с независимым возбуждением, 3) машины того же тина с самовозбуждением и элементарным типом якоря и 4) машины многополюсного типа с усовершенствованным якорем.
Первый этап развития машины постоянного тока, охвативший время с 1831 по 1851 г., неразрывно связан с именами русских ученых Э. X. Ленца и Б. С. Якоби, о роли и значении которых уже говорилось во введении.
Второй и третий этаны развития машины постоянного тока, охватывающие период с 1851 по 1871 г., характеризуются переходом к машинам электромагнитного типа сначала с независимым возбуждением, а затем с самовозбуждением, а также переход от двухполюсной машины к многополюсной.
На четвертом этапе своего развития — с 1871 по 1886 г.— машина постоянного тока приобрела все основные черты современной конструкции. Были предложены и осуществлены: машина с самовозбуждением Грамма и кольцевой якорь Пачинотти; нормальный в настоящее время тип барабанного якоря (Гефнер—Альтенек, 1871 г.); типы простых петлевых и волновых обмоток в их главных модификациях, последовательно-параллельных обмоток Арнольда, смешанные (лягушечьи) обмотки, уравнительные соединения обмоток (Мордей, 1883 г.), добавочные полюсы для улучшения коммутации (Метер. 1885 г.) и компенсационные обмотки для компенсации реакции якоря (Менгес, 1884 г.), делитель напряжения М. О. Доливо-Добровольского.
Для последующего развития машин постоянного тока большое значение имело создание одноякорного преобразователя переменного тока в постоянный и обратного преобразователя постоянного тока в переменный; создание мощных установок по системе Леонарда— Ильгнера для промышленности (металлургические установки и шахтные подъемники), установки с ртутными преобразователями для питания машин постоянного тока промышленных устройств и электрифицированных ж. д. как на тяговых подстанциях, так и на электровозах.
В 30-х годах нашего столетия начинается разработка специальных типов электрических машин с поперечным полем по системе Розенберга (Е. Rosenberg) для освещения поездов и электрической сварки, а также в качестве электромашинных усилителей для управления в системах сложных электроприводов.
Широкое применение машины постоянного тока получили сначала как быстроходные турбогенераторы ограниченной мощности, а затем как возбудители мощных быстроходных синхронных турбогенераторов. Особенно большое применение нашли машины постоянного тока во вспомогательных механизмах судового электропривода, а также для электродвижения судов.
Для быстрого развития точных автоматизированных приводов с широким и плавным регулированием скорости большое значение имело создание микродвигателей постоянного тока для специальных устройств (вычислительные и управляющие машины), разработка серий машин постоянного тока массового производства малой и средней мощности н серийного производства машин постоянного тока большой мощности.
Наряду с совершенствованием конструкций машин постоянного тока шла большая теоретическая и исследовательская работа. Для раннего периода особенно важное значение имеют труды А. Г. Столетова по исследованию магнитных свойств ферромагнитных материалов, легшие в основу рациональных методов расчета магнитных цепей электрических машин (1872 г.).
Дальнейшее совершенствование машин постоянного тока непосредственно связано с разработкой вопросов теории электрических машин: теории обмоток якоря и уравнительных соединений к ним, теории коммутации, анализа переходных режимов машин постоянного тока при пуске, регулировании и коротких замыканиях, с разработкой усовершенствованных методов расчета электрических машин и т. д.
2. Основной тип машины постоянного тока
Все, что было сказано выше о машине постоянного тока, относится к ее коллекторному типу, т. е. к машине, которая по существу является машиной переменного тока, по имеет специальное устройство — коллектор, позволяющий в определенных условиях преобразовывать переменный ток в постоянный.
Коллектор осложняет условия работы машины, и поэтому в начале текущего столетия была сделана попытка создать бесколлекторную или так называемую униполярную, машину постоянного тока. Однако опыт показал, что эта машина не имеет каких-либо особых преимуществ перед коллекторной машиной, тем более, что к 10-м годам текущего столетия удалось сконструировать коллекторную машину постоянного тока, удовлетворяющую самым тяжелым требованиям эксплуатационной практики. Поэтому в настоящее время основным типом машины постоянного тока является ее коллекторный тип, тогда как униполярная машина находит применение только в отдельных специальных случаях.
Так как область промышленного применения постоянного тока весьма широка, то машина постоянного тока выполняется для работы в режимах генератора и двигателя в широком диапазоне мощности, напряжения, скорости вращения и т. д. Но при ближайшем знакомстве с различными типами машин постоянного тока оказывается, что основные конструктивные элементы машины и происходящие в ней процессы имеют много общего. Это позволяет сначала выделить основной материал, а затем, в завершение раздела, дать описание некоторых специальных типов машин постоянного тока.
