Создание первого электродвигателя
ыке «St-Petersburg Zeitung».
Что же представлял собой первый образец электродвигателя Якоби? Ученый
кратко описал его так: «Аппарат состоит из двух групп по 8 стержней мягкого
железа, длиной по 7 дюймов (177,8 мм.) и толщиной 1 дюйм (25,4 мм..). Обе
группы стержней располагаются на двух дисках под прямым углом и симметрично
одна по отношению к другой таким образом, чтобы полюсы приходились один
против другого. Один из дисков неподвижен, а другой вращается вокруг
некоторой оси, благодаря чему группа подвижных стержней проходит мимо
неподвижных на возможно более близком расстоянии от них. Все 16 стержней
обмотаны 320 футами (96 м..) медной проволоки толщиной в одну с четвертью
линии (3,17 мм.); концы обмоток соединяются с полюсами гальванической
батареи... Успешная работа этой машины обусловлена удачной конструкцией...
коммутатора, осуществляющего перемену полюсов восемь раз за один оборот».
Двигатель мог поднимать груз массой примерно 4- б кг на высоту около 30 см
в секунду, что составляло мощность около 15 Вт. Он давал 80-120 оборотов в
минуту. Окружная скорость подвижного диска была равна 1,8 м/с. Величина
зазора между полюсами магнита равнялась 12,7 мм. Подвижной диск с
электромагнитами имел массу 20 кг. В качестве изоляции сердечника
электромагнитов использовалась шелковая материя. Для питания
электромагнитов применялась гальваническая батарея (рис.1)
[pic]
рис. 1.
Такими были главные конструктивные элементы и параметры электродвигателя
Якоби, построенного им в 1834 г. Но не они характеризовали принципиально
новые физические принципы, положенные ученым в основу своего выдающегося
изобретения. Главное, чего удалось добиться Якоби в результате его
напряженных творческих поисков, заключалось в том, что он обеспечил в своем
двигателе вращательное движение подвижного диска, которое основывалось на
взаимодействии полюсов электромагнитов подвижного диска и электромагнитов
неподвижной рамы. Это новшество ученый считал одним из главных достоинств
своего двигателя. Он с гордостью отмечал, что в его двигателе для движения
диска применялись «новые силы», не использованные еще в практике. «Машина,
-писал он, -дает непосредственное круговое движение, которое гораздо легче
преобразовать в другие виды движения». Как это было им осуществлено
практически, можно без труда понять из рассмотрения следующих двух основных
схем.
Двигатель Якоби состоял из двух групп П-образных электромагнитов. Восемь
из них, установленных на неподвижной раме, были соединены последовательно и
питались током непосредственно от батареи гальванических элементов, причем
направление тока в этих; электромагнитах оставалось постоянным. Восемь
электромагнитов, установленных на подвижном диске, были подключены к
батарее через коммутатор, с помощью которого направление тока в каждом из
них изменялось 8 раз за один оборот диска. N1, S1, и N2 полюсы
электромагнитов подвижного диска, N’1, S’1 и N'2 -полюсы электромагнитов
неподвижной рамы (рис 2.) .Обмотка электромагнитов, чтобы не усложнять
схем, не показана.
[pic] рис.2
Перед запуском двигателя одноименные полюсы устанавливаются друг против
друга . После начального толчка при включении батареи электромагнит N 1
будет отталкиваться от одноименного полюса N’1 и притягиваться полюсом S‘1
В результате такого взаимодействия полюс электромагнита N1 станет против
полюса электромагнита S’1 и по инерции пройдет несколько дальше. В этот
момент коммутатор (действие его будет рассмотрено позднее) произведет
переключение полюсов батареи, и по обмотке электромагнитов подвижного диска
будет проходить ток обратного направления. Вследствие этого полярность
полюсов электромагнитов подвижного диска изменится и полюс N1, ставший
теперь полюсом, одноименным с полюсом S’1 , будет от него отталкиваться.
Аналогичный процесс будет происходить и при взаимодействии остальных
полюсов электромагнитов, расположенных на подвижном диске и на неподвижной
раме. Такое периодическое изменение полюсов электромагнитов в подвижном
диске 8 раз за один оборот при наличии инерции будет поддерживать
непрерывное вращение как подвижного диска, так и вмонтированного в его
центр рабочего вала электродвигателя.
Талантливый инженер так остроумно решил вопрос о вращательном движении
рабочего вала. Якоби первым в науке об электричестве обосновал все
важнейшие преимущества такого движения для всех электродвигателей и
убедительно показал нецелесообразность использования в них возвратно-
поступательного движения. История полностью подтвердила исключительную
плодотворность этой идеи. Все электрические машины со времени Якоби стали
строиться с вращательным движением якоря двигателя.
[pic] рис. 3
Новой, чрезвычайно важной, технически целесообразной глубоко продуманной
частью электродвигателя Якоби был коммутатор, созданный им специально для
того, чтобы периодически изменять полярность подвижных электромагнитов.
Технически эта идея была осуществлена так. Коммутатор, схема которого
показана на рисунке 3, состоял из четырех медных колец 1-4, насажанных на
рабочий вал электродвигателя. Кольца попарно соединялись медными трубками
ff. на оси вала, закреплялись трубкой g из изолирующего материала и
вращались вместе с валом. Каждое из колец, смещенных на 45° по отношению к
предыдущему, имело 4 выреза, которые заполнялись вкладками из
изолятора h. Поверхность колец была хорошо отполированной и ровной. По этой
поверхности при вращении колец скользил контактный рычаг г, представлявший
собой своеобразную щетку. Другой конец рычага опускался в чашечку со ртутью
k, которая соединялась проводником с батареей. Металлические кольца были
соединены с электромагнитами вращающегося диска. При его вращении
металлические рычаги, попадая на непроводящие части колец, прерывали цепь,
а при соприкосновении с металлом замыкали ее. Когда рычаг переходил с
непроводящей части на металл, т. е. в тот момент, когда встречались
разноименные полюсы, в обмотках электромагнитов, установленных на подвижном
диске и последовательно соединенных, менялось направление тока.
Коммутатор был сконструирован Якоби так, что полярность электромагнитов
изменялась 8 раз за один оборот рабочего вала. Именно поэтому
электромагниты подвижного диска поочередно притягивались и отталкивались
электромагнитами неподвижной рамы и этим самым обеспечивали вращательное
движение рабочего вала или якоря двигателя. «Перемена полюсов писал ученый,
-имеет чрезвычайно большое значение. Перемена эта должна осуществляться
мгновенно и как раз в том месте, где полюсы располагаются один против
другого. Механизм, производящий перемену полюсов, должен приводиться во
вращение самим прибором».
Таковы были устройство и принцип действия коммутатора, созданного Якоби
для своего первого электродвигателя. Коммутатор сразу же стали применять в
конструкциях электродвигателей. В 1840 г. его использовал в одной из
электрических машин Э. X. Ленц. Дальнейшее развитие электротехники
полностью подтвердило необходимость наличия в конструкции каждого
электродвигателя коммутирующего устройства.
Важной для развития электротехники явилась также впервые выдвинутая Якоби
идея применения в электродвигателях только одних электромагнитов. Он первый
отказался от использования в них постоянных магнитов, во-первых, потому,
что они давали меньшую силу притяжения по сравнению с электромагнитами, и,
во-вторых, потому, что они при сотрясениях и ударах размагничивались.
Из изложенного выше видно, что в своем электродвигателе Якоби впервые в
истории электротехники удачно воплотил три новые прогрессивные идеи,
которые в XIX и XX вв. получили дальнейшее развитие: вращательное движение
якоря электродвигателя; наличие коммутатора с трущимися контактами, без
которого невозможно обеспечить вращательное движение якоря, и, наконец,
использование электромагнитов в подвижной и неподвижной частях
электродвигателя или в его якоре и в его статоре.
Отмечая преимущества и выгоды электродвигателя перед паровой машиной,
Якоби писал: «В моем двигателе отсутствуют все управляющие и регулирующие
механизмы, как-то: клапаны, вентили, поршни, полые цилиндры и др., которые
в паровой машине дорого стоят и- быстро изнашиваются при работе. Благодаря
этой простоте стоимость двигателя уменьшается и со временем может быть
доведена до четверти стоимости паровой машины». Далее он отмечал:
«Вследствие отсутствия трущихся частей двигатель почти не подвергается
изнашиванию - в нем вращается в подшипниках только один вал, несущий на
себе систему подвижных магнитов. В лучших паровых машинах изнашивание
выражается по меньшей мере ежегодно в 10% стоимости... Магнитная машина
обладает почти бесшумным действием благодаря тому, что в ней отсутствуют
неизбежные в паровой машине сотрясения и удары, столь вредно действующие, в
особенности в локомотивах». В электродвигателях полностью гарантирована
также «абсолютная безопасность от высоких труб и дыма, которые в паровых
машинах являются существенным недостатком». И наконец, весьма важным
является простота его обслуживания. «Двигатель не требует постоянного
наблюдения за собой, он может быть на целые часы и даже дни предоставлен
самому себе, его действие остается ровным и спокойным&ra
| |  скачать работу |
Создание первого электродвигателя |
