Изобретение электродвигателя постоянного тока

Поскольку все первые потребители электрической энергии питались исключительно постоянным током (а этот род тока был наиболее изучен), то и первые электрические машины были машинами постоянного тока.

О создании генератора постоянного тока мы уже говорили. Что же касается возникновения идеи, развития ее, и изобретения электродвигателя постоянного тока, то здесь можно выделить три этапа.

Первый этап (1821-1834 гг.) – cоздание и экспериментальная проверка лабораторных приборов М.Фарадеем. Выше был описан его прибор, демонстрирующий вращения проводника с током вокруг полюса магнита. Одновременно им же было продемонстрировано вращение магнита вокруг проводника с током. Опыты Фарадея наглядно демонстрировали принципиальную возможность создания электродвигателя.

Известны и другие факты получения подобных эффектов другими экспериментаторами. В 1824 году была опубликована книга П.Барлоу “Исследование магнитных явлений”. Здесь приведено описание устройства под названием “колесо Барлоу”. Оно представляло собой два медных колеса с зубцами, сидящих на общей оси. Снизу зубцы колес соприкасались с ртутью. Колеса размещались между полюсами магнита. При пропускании тока через колеса последние начинали вращаться.

Другая конструкция описана в 1833 году англичанином У. Ричи. Между полюсами подковообразного магнита на вертикальной оси размещался электромагнит. Направление тока в электромагните изменялось специальным коммутатором.

Можно назвать также прибор американца (физика) Дж. Генри. В 1831 году он опубликовал статью “О начальном движении, производимом магнитным притяжением и отталкиванием”. Электромагнит этого устройства взаимодействует с полюсами магнита. Направление тока в катушке изменялось с помощью коммутатора, в котором в качестве контактов использовались чашечки с ртутью. Модель совершала круговые качательные (колебательные) движения с частотой 75 качаний в минуту.

Мощность этих и других моделей не превышала 0,044 вт, поэтому и сами изобретатели не придавали им значения с точки зрения практического использования. Безусловно, что большее внимание привлекали модели с вращательным движением.

Второй этап (1834÷1860г.) открывается электродвигателем Б.С. Якоби. Он назвал модели с качательным движением ”…не более, чем игрушкой для обогащения физических кабинетов”. В 1834 году Якоби построил электродвигатель, который действовал тоже на принципе притяжения-отталкивания полюсов электромагнитов. В конструкции применены две группы “П”-образных электромагнитов. Одна из них была размещена на неподвижном, а вторая - на подвижном дисках. Подвижный диск был закреплен на валу, где размещались элементы коммутатора – прообраза современного коллектора.

Электродвигатель Якоби поднимал груз до 12 фунтов на высоту 1 фут за одну секунду. Посчитали полезную мощность – получили 15 вт. Объединив на одном валу несколько таких двигателей, в 1837 году Якоби начал приспосабливать устройство для привода гребного винта бота, вмещающего 12 пассажиров. В1839 году одна из петербургских газет писала: “ …катер с двенадцатью пассажирами…ходил несколько часов против течения, при сильном противном ветре…России принадлежит слава первого применения теории к практике”.

Якоби пришел к единственно верному выводу: для практического применения электродвигателей требуется мощный источник электрической энергии. Задача решалась созданием электрического генератора постоянного тока – динамо-машины.

Как уже было разъяснено выше, такой генератор был создан Сименсом. Это – яркий пример, когда новый механизм создается по конкретной потребности и был создан в виде, максимально близком к оптимальному. Вот почему успех фирмы Сименса является классическим примером торжества инженерного и делового предпринимательства. И хотя Якоби тоже создал генератор с коллектором в виде полуколец для электрического подрыва мин (1842 год), он не получил поддержки для дальнейшего развития этой идеи.

Третий этап создания электродвигателя постоянного тока связан с изобретения кольцевой обмотки в электродвигателе Пачинотти (1863 год). Только через 10 лет инженер Грамм использовал такую же кольцевую обмотку в якоре генератора постоянного тока. Первый генератор Грамма был снабжен самовозбуждением и использовался для питания осветительных приборов, в частности – знаменитых свечей Яблочкова.

1873 год – Немецкий электротехник Ф.Гефнер - Альтенек усовершенствовал обмотку Грамма, предложив т.н. якорь барабанного типа.

1891 год – Э.Арнольд опубликовал первую работу, посвященную теории и конструированию современных обмоток электрических машин.

Однако, несмотря нa явные успехи электроэнергетики на основе постоянного тока, к концу XIX века наметился некоторый кризис этого направления. В основном он был связан с проблемами, возникшими с необходимостью передачи электрической энергии на расстояние по проводам. Авторы проектов скоро поняли, что для сокращения расходов на провода с ростом передаваемой мощности целесообразно повышать электрическое напряжение системы. На постоянном токе это приводило к необходимости повышения выходного напряжения динамо-машины, возможности такого решения были ограничены по известным причинам. Поэтому внимание ученых и инженеров все больше привлекали системы переменного тока. Ведь к этому времени возможности повышения напряжения с помощью трансформаторов уже были хорошо известны.