История развития электрических машин и трансформаторов

Возможность преобразования электрической энергии в механическую была впервые установлена М. Фарадеем, создавшим в 1821 году первую модель электрического двигателя, в которой электрический ток, протекая по медному проводу, вызывал его движение вокруг вертикально поставленного постоянного магнита. Однако дальнейшие работы по созданию электродвигателя в течение более чем десятилетнего периода не приносили удовлетворительных результатов. Лишь в 1834 году русским академиком Б. С. Якоби была создана конструкция, послужившая прототипом современного электродвигателя.

Возможность создания электрического генератора возникла только после открытия М. Фарадеем в 1831 году закона электромагнитной индукции. Используя это открытие, братья Пикси в 1832 году создали конструкцию первого электрического генератора с вращающимися постоянными магнитами и с коммутатором для выпрямления тока.

Первое время развитие электродвигателей и генераторов шло независимо друг от друга.

В 1833 году Ленцем был сформулирован принцип обратимости электрических машин, а в 1838 году этот принцип был практически осуществлен.

Дальнейшим этапом развития генераторов явилась замена постоянных магнитов электромагнитами.

Начальный период развития электрических машин связан главным образом с постоянным током. Объясняется это тем, что потребителями электрической энергии являлись установки, работающие исключительно на постоянном токе (дуговые лампы, установки гальванопластики и т.п.). Применение электрического освещения в крупных городах потребовало повышения мощности электрических генераторов и их дальнейшего усовершенствования.

В 1867 году В. Сименс применил принцип самовозбуждения для генераторов последовательного возбуждения. В этом же году Д. Максвелл впервые дал математическую теорию электрической машины с самовозбуждением, заложив основы теории электрических машин.

В 1870 году З. Грамм построил машину с кольцевым якорем, а в 1873 году Ф. Гефнер-Алтенек и В. Сименс сконструировали машину с «барабанным» якорем.

Развитие электрических железных дорог значительно увеличило спрос на электродвигатели и генераторы, что способствовало их дальнейшему совершенствованию.

В 80-х годах 19 века возникла необходимость передавать электроэнергию на расстояние. В 1882 году были проведены опыты по передаче электроэнергии на постоянном токе при повышенном напряжении. Однако высокое напряжение в генераторах постоянного тока ухудшило работу коллектора, что часто приводило к авариям. Все это усиливало интерес электротехников того времени к переменному току.

Большая заслуга в развитии переменного тока принадлежит русскому ученому П. Н. Яблочкову, который широко использовал переменный ток для питания изобретенных им электрических свечей. В 1876 году П. Н. Яблочков применил для питания этих свечей трансформаторы с незамкнутым сердечником, положив тем самым начало практическому использованию трансформаторов.

Трансформаторы с замкнутым сердечником, подобные современным трансформаторам, появились позднее, в 1884 году.

Началом практического применения переменного тока для целей электропривода следует считать 1889 год, когда выдающийся русский инженер М. О. Доливо-Добровольский предложил для практического применения трехфазную систему переменного тока и построил трехфазный асинхронный двигатель и трехфазный трансформатор.

Первая линия электропередачи трехфазного переменного тока протяженностью 175 км при напряжении 15 тысяч вольт с применением трехфазных трансформаторов была сооружена Доливо-Добровольским в 1891 году. Результаты испытаний этой линии подтвердили возможность применения системы трехфазного тока для передачи значительных количеств электроэнергии при сравнительно высоком КПД.

К началу 20 века были созданы все основные виды электрических машин и разработаны основы их теории. Начиная с этого времени быстрыми темпами происходит электрификация промышленности и транспорта.

В связи с этим растут мощности электростанций, создаются турбогенераторы – машины, непосредственно соединенные с паровой турбиной. Увеличивается мощность генераторов и трансформаторов. Если в 1900 году мощность генератора не превышала 5 тыс. ква, то к 1920 году были построены турбогенераторы мощностью 60 тыс. ква. Применение водородного охлаждения дало возможность строить турбогенераторы мощностью более 500 тыс. ква.

Источник информации: Кацман М. М. Электрические машины и трансформаторы. - М.: 1971, с. 9-11.