Первые элeктрoгенераторы

Серию публикаций об истории электростанций мы начали рассказом о первом этапе создания магнитоэлектрических машин — электрогенераторов. Сегодня на очереди перипетии следующего этапа — от идеи самовозбуждения до электрической свечи Яблочкова.

Первым сформулировал идею самовозбуждения датчанин С. Хиорт. В 1854 и 1855 годах он получил английские патенты на машины с самовозбуждением. Однако, опасаясь, что самовозбуждение будет недостаточным, Хиорт наравне с электромагнитами применил и постоянные магниты. По этой причине генератор Хиорта, как переходный тип, не привлёк к себе должного внимания.

В 1856 венгерский физик Аньош Йедлик так же обнаружил явление самоусиления магнитного поля электрической машины во время её пуска в том случае, если обмотки возбуждения присоединялись к зажимам якоря. Вместе с тем Йедлик заметил, что для возникновения этого процесса нет необходимости в установке постоянных магнитов (как это делал Хиорт), а вполне хватит остаточного магнетизма.

В 1866 году английские телеграфные инженеры Кромвель и Варли, а в начале 1867 в один и тот же день немец Сименс и англичанин Уитстон, получили патенты на генераторы с самовозбуждением. Сименс назвал принцип самовозбуждения динамоэлектрическим, а самовозбуждающийся генератор стал с тех пор называться динамо-машиной. Впрочем, динамо-машинами постепенно стали называть любой машинный генератор постоянного тока.

Существенным недостатком первых генераторов с самовозбуждением был двутавровый якорь Сименса, который не только ограничивал мощность машин из-за быстрого нагрева и вызывал сильное искрение на коллекторе, но и давал резко пульсирующий ток. Этот ток, в свою очередь, вызывал пульсацию магнитного потока и, следовательно, большие потери в стальных сердечниках.

Четвёртым и поистине революционным этапом развития генераторов, положившим начало промышленной электротехнике, стало изобретение кольцевого якоря. Французский изобретатель, бельгиец по происхождению Зеноб Т. Грамм в июне 1870 получил патент, а в 1871 представил доклад в Парижскую академию наук, в которых содержалось описание самовозбуждающегося генератора с кольцевым якорем. На гладкий железный кольцеобразный сердечник наматывалась замкнутая сама на себя обмотка (позднее такую обмотку стали называть граммовской). От равноудалённых точек этой обмотки шли отпайки к коллекторным пластинам. Обмотка возбуждения включалась последовательно с обмоткой якоря. Грамм указывал, что сердечник якоря может быть сплошным, а может быть изготовлен из пучка стальных проволок. Тем не менее, конфигурация магнитопровода оставалась ещё несовершенной. Улучшения последовали только в 80 х годах, после того как были разработаны методы расчёта магнитной цепи.

Генератор Грамма был довольно экономичным источником электрической энергии, позволявшим получать значительные мощности при высоком кпд и сравнительно малых габаритах и массе. Эти очевидные преимущества способствовали тому, что этот генератор быстро вытеснил другие типы и получил очень широкое распространение.

Изобретение электрической свечи Яблочкова послужило существенным толчком для развития не только генераторов переменного тока, но и всей практической электротехники, поставив перед изобретателями и инженерами новые задачи, связанные с получением и распределением электроэнергии.