РОЗДІЛ ІІІ ТРАНСФОРМАТОРИ І ЕЛЕКТРИЧНІ МАШИНИ

Трансформатори і електричні машини належать до пристроїв, у яких здійс­нюється перетворення енергії: у трансформаторах - електричної енергії одного кла­су напруги або струму на інший клас напруги або струму; в електричних машинах -механічної енергії на електричну або електричної на механічну.

Електрична машина - це електромеханічний пристрій, що здійснює вза­ємне перетворення механічної і електричної енергії. Пристрої, які перетворю­ють механічну енергію на електричну, називають генераторами, а пристрої, які перетворюють електричну енергію на механічну, - електродвигунами. Під трансформатором розуміють пристрій для перетворення електричної енергії змінного струму.

Можливість перетворення електричної енергії на механічну вперше була встановлена М.Фарадеєм, який створив у 1821 р. першу модель електричного двигуна, в якій електричний струм, протікаючи мідним провідником, викликав його рух навколо вертикально поставленого постійного магніту. Однак пода­льші роботи із створення електродвигуна протягом більш ніж десятирічного періоду не мали задовільних результатів. Тільки в 1834 р. російським академі­ком Б.С.Якобі була створена конструкція, яка послужила прототипом сучасного електродвигуна.

Можливість створення електричного генератора виникла тільки після відкриття М. Фарадеєм у 1831 р. закону електромагнітної індукції. Використо­вуючи це відкриття, брати Піксі у 1832 р. створили конструкцію першого елек­тричного генератора з обертовими постійними магнітами і з комутатором для випрямлення струму. Спочатку розвиток електродвигунів і генераторів йшов незалежно один від одного. У 1833 р. Ленц сформулював принцип оборотності електричних машин, а в 1838 р. цей принцип був практично здійснений. Пода­льшим етапом розвитку генераторів була заміна постійних магнітів електрома­гнітами.

Початковий період розвитку електричних машин пов'язаний головним чином із постійним струмом. Пояснюється це тим, що споживачами електрич­ної енергії були установки, які працювали винятково на постійному струмі (ду­гові лампи, установки гальванопластики та ін.). Застосування електричного освітлення у великих містах потребувало підвищення потужності електричних генераторів і їхнього подальшого вдосконалення.

У 1867 р. В.Сіменс застосував принцип самозбудження для генераторів послідовного збудження. У цьому ж році Д.Максвелл уперше ввів математичну теорію електричної машини із самозбудженням, заклавши основи теорії елект­ричних машин.

У 1870 р. З.Грам побудував машину з кільцевим якорем, а в 1873 р. Ф.Гефнер-Алтенек і В.Сіменс сконструювали машину з «барабанним» якорем.

Розвиток електричних залізниць значно збільшив попит на електродвигу­ни й генератори, що сприяло їхньому подальшому вдосконаленню.

У 80-х роках 19 ст. виникла необхідність передавати електроенергію на відстань. У 1882 р. були проведені досліди з передачі електроенергії на постій­ному струмі при підвищеній напрузі. Однак висока напруга в генераторах по­стійного струму погіршувала роботу колектора, що часто призводило до аварій. Усе це посилювало цікавість електротехніків того часу до змінного струму. Ве­лика заслуга в розвитку техніки змінного струму належить російському вчено­му П.Н.Яблочкову, який використав змінний струм для живлення винайдених ним електричних лампочок. У 1876 р. П.Н.Яблочков застосував для живлення цих лампочок трансформатори з незамкненим осердям, поклавши тим самим початок практичному використанню трансформаторів. Трансформатори із за­мкненим осердям, подібні до сучасних трансформаторів, з'явилися пізніше, у 1884 р.

Початком практичного застосування змінного струму для цілей електро­привода слід вважати 1889 рік, коли російський інженер М.О.Доліво-Добровольський запропонував для практичного застосування трифазну систему змінного струму й побудував трифазний асинхронний двигун і трифазний трансформатор. Перша лінія електропередачі трифазного змінного струму дов­жиною 175 км при напрузі 15 тис. вольт із застосуванням трифазних трансфор­маторів була споруджена Доліво-Добровольським у 1891 році. Результати ви­пробувань цієї лінії підтвердили можливість застосування системи трифазного струму для передачі значних обсягів електроенергії при порівняно високому ККД.

До початку ХХ ст. були створені усі види електричних машин і розробле­ні основи їхньої теорії. Починаючи з цього часу, швидкими темпами відбува­ється електрифікація промисловості й транспорту.

У наш час трансформатори й електричні машини застосовують практично в усіх галузях економіки, зокрема на підприємствах будівельної індустрії й бу­дівельних майданчиках.

Для розуміння принципу дії електричних машин необхідне знання закону електромагнітної індукції (закон Фарадея) і закону електромагнітної взаємодії (закон Біо-Савара-Лапласа).

Відповідно до закону електромагнітної індукції (4.3) наведення ЕРС у ко­нтурі можливе:

при обертанні контуру в нерухомому магнітному полі (машини постійно­го струму);

при нерухомому контурі й обертовому магнітному полі (синхронні ма­шини);

коли обертаються і магнітне поле, і контур (асинхронні машини); при нерухомих у просторі магнітному полі й контурі, але магнітному по­лі, що змінюється за величиною в часі (трансформатори).

Принцип дії генератора полягає в тому, що при пересуванні з швидкістю V м/с провідника, що має довжину l м, перпендикулярно магнітним лініям у ма­гнітному полі з індукцією B, у ньому за законом електромагнітної індукції ви­никає ЕРС:

e = B-l-V, В.

Якщо замкнути кінці провідника через опір або накоротко, то під впли­вом ЕРС провідником потече струм I, А. Напрямки ЕРС і струму збігаються. Струм I, взаємодіючи з магнітним потоком, у якому він перебуває, створює си­лу, що виштовхує провідники з магнітного поля, яка відповідно до закону елек­тромагнітної взаємодії (закон Біо-Саварра-Лапласа) дорівнює

F = BIl, Н.

Сила взаємодії проявляється як реакція на зовнішню силу, прикладену до провідника. Вона дорівнює за величиною і протилежна останній.

Принцип дії електричного двигуна полягає в тому, що при проходженні струму провідником, що перебуває в магнітному полі, на провідник впливає си­ла F , під дією якої він буде рухатися.


Авторы: 239 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 268 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я