4. 12. 079 Электродвигатели Якоби и Доливо-Доброво

4.12 Техника, оружие

4.12.079 Электродвигатели Якоби и Доливо-Добровольского


Физик, инженер, электротехник, архитектор, метролог, мостостроитель, изобретатель, педагог; профессор Дерптского университета; академик Императорской СПб АН; лауреат Демидовской премии, обладатель Золотой медали Парижской выставки и др. наград — Борис Семенович Якоби (Мориц Герман фон Якоби; 1801—1874) прославился как изобретатель гальванопластики и гальваноударных морских мин, создатель первых электродвигателей и магнитоэлектрических двигателей, первого электрического телеграфа и первого буквопечатающего аппарата.

Электротехник, инженер, изобретатель, предприниматель; директор фирмы AEG (Allgemeine Elektricitats-Geselschaft) — Михаил Осипович Доливо-Добровольский (1861—1919) является создателем фазометра, стрелочного частотомера, техники трехфазного переменного тока, трехфазного трансформатора, трехфазного асинхронного электродвигателя, первым осуществил передачу электроэнергии на большие расстояния.



Одну из самых ярких страниц в историю электротехники (так назвал в 1879 г. новую область физики один из ее создателей Э.В. Сименс) вписали в XVIII—XIX вв. наши ученые: М.В. Ломоносов, Т.В. Рихман, В.В. Петров, П.Л. Шиллинг, Э.Х. Ленц, А.Н. Лодыгин, П.Н. Яблочков, А.Г. Столетов и др.

Достойное место в этом ряду занимают Б.С. Якоби и М.О. Доливо-Добровольский. Их научные и инженерные труды обозначили в мире начало и завершение более чем полувекового периода создания современного электродвигателя, а Россию сделали его родиной.

Электродвигатели русских изобретателей — на постоянном токе с непосредственным вращением якоря (Якоби) и трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором (Доливо-Добровольский) стали самыми совершенными электротехническими устройствами первой и второй половины XIX в., соответственно.

Началом электродвигательной истории стали работы М. Фарадея по созданию физических приборов для демонстрации преобразования электрической энергии в механическую.

В 1821 г. английский ученый открыл явление вращения проводника с током вокруг полюса постоянного магнита, а в 1831 г. — явление электромагнитной индукции (появление индукционного тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока), чем, собственно, и зародил идею электрического двигателя.

Первые электродвигатели копировали паровые машины с возвратно-поступательным (или качательным) движением поршня с прикрепленным к нему электромагнитом. Удачной модели создано не было, поскольку вращательный момент на валу двигателей был резко пульсирующим.

Отказавшись от поршневого принципа, Якоби стал исследовать непосредственное вращение подвижной части двигателя.

В 1834 г. ученый сконструировал электромеханическое устройство, основанное на принципе притяжения и отталкивания между электромагнитами. Одна группа электромагнитов располагалась на неподвижной раме (станине), а другая — на вращающемся диске (явно-полюсном якоре). Запитан двигатель был от батареи гальванических элементов. Новшеством устройства стал коммутатор, периодически разрывавший электрическую цепь и менявший полярность электромагнитов якоря.

Первый электродвигатель отличался устойчивой работой и развивал мощность до 15 Вт.

Сообщение об эпохальном изобретении Якоби было прочитано на заседании Парижской АН, и вскоре корпус инженеров и физиков занялся исследованиями по созданию промышленного образца электродвигателя.

На этом поприще определенных успехов добился американский техник Т. Девенпорт, построивший компактный двигатель (1837). Якоби приспособил свое детище для электропривода судна (лодки, вмещавшей десять пассажиров).

В 1938 г. на Неве электродвигатель Якоби был успешно испытан, скорость бота составляла 2—4,5 км/ч.

Последующие годы были посвящены испытаниям различных конструкций машин, их оптимизации, уменьшению габаритов, увеличению мощности и к.п.д., созданию экономичного генератора взамен гальванических элементов. Однако принципиальных усовершенствований в электродвигателях на постоянном токе создано не было, хотя они и стали находить практическое применение.

В последней четверти XIX в. развитие промышленности и концентрация производства потребовали создания высокоэффективного двигателя.

Тогда же новым направлением поисков стала разработка электродвигателей на переменном токе, получаемом вращением рамки в магнитном поле — этот принцип действия основан на явлении электромагнитной индукции.

Переменный ток низкого напряжения затем можно было повышать до любой величины в трансформаторе и с наименьшими потерями (при передаче постоянного тока потери были колоссальны) передавать к промышленным объектам на любые расстояния. Эти две взаимосвязанные задачи с блеском решил Доливо-Добровольский.

До него многие физики и инженеры (Бейли, М. Депре, Бредли, Венстром и др.) пытались создать электродвигатель переменного тока, но ни один из них не удовлетворил промышленность.

Из ряда громоздких и неэкономичных, либо сложных и ненадежных машин выгодно отличался двухфазный электродвигатель Н. Теслы, построенный американским ученым на принципе вращающегося магнитного поля, и двухфазный генератор к нему, а также демонстрационная 3-ваттная установка итальянского физика Г. Феррариса.

Эти не во всем совершенные машины стали предтечей изобретения трехфазных двигателей, которыми была поставлена точка в их дальнейшем принципиальном совершенствовании.

В 1888 г. к конструированию машины приступил Доливо-Добровольский, яснее других осознавший преимущества трехфазного тока перед двухфазным, и сразу же придавший своим работам практический характер.

Сделав в обмотке машины постоянного тока ответвления от трех равноотстоящих точек якоря, применив коллектор, как одноякорный преобразователь, а также новую конструкцию ротора с обмоткой — «беличью клетку», выполненного в виде стального цилиндра с просверленными в нем каналами для медных стержней, ученый получил трехфазный ток с разностью фаз 120 °. Вращающееся магнитное поле возникало как раз благодаря этому сдвигу фаз.

В результате многочисленных экспериментов изобретатель разработал в 1889 г. трехфазную электрическую систему и первый асинхронный электродвигатель мощностью 100 Вт, запитанный от трехфазного одноякорного преобразователя.

Двигатель, имевший фактически современный вид, мало изменившийся с тех пор, прошел успешные испытания. Благодаря своим превосходным показателям новые двигатели очень быстро получили широкое распространение.

В 1891 г. во время Международного конгресса электротехников русский ученый впервые осуществил передачу трехфазного тока на расстояние 170 км с невиданно высоким к.п.д. 75 %.

Тогда же на Международной электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне перед входом на выставку был построен искусственный водопад и установлен мощный асинхронный двигатель Доливо-Добровольского на 100 л.с., который приводил в движение насос, подававший воду к водопаду.

С двигателя Доливо-Добровольского и с демонстрации электропередачи началась электрификация всех стран.