Первые генераторы

Пожалуй, самым древним и грандиозным электрогенератором является сама природа, создающая мощнейшие электрические разряды — молнии. Мощность молнии может достигать одного тераватта. Но, к сожалению, такое электричество малопригодно для практического использования.

Первые простейшие машины, вырабатывающие электричество, известны с середины 17 века. В 1650 году известный изобретатель воздушного насоса магдебургский бургомистр Отто фон Герике насадил на железную ось шар «величиной с детскую голову», изготовленный из серы. При помощи ручки шар вращался и натирался ладонями рук или куском сукна. В начале 18 века такая электростатическая машина была усовершенствована: шар из серы был заменен стеклянным, так как стекло более интенсивно электризовалось, а позднее вместо шаров или цилиндров (которые труднее было изготовить и при нагревании они нередко взрывались) стали применять стеклянные диски. Для натирания использовались кожаные подушечки, прижимаемые к стеклу пружинами. Позднее для усиления электризации подушечки стали покрывать амальгамой.

В 1820 году датский ученый Г. Х. Эрстед обнаружил, что электрический ток воздействует на магнитную стрелку компаса. Годом позже М. Фарадей опубликовал трактат, в котором показал, как заставить намагниченную стрелку вращаться непрерывно вокруг одного из магнитных полюсов, тем самым было положено начало стремительному развитию электрических машин.

Спустя десять лет, в 1831 году, Фарадей открыл явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него, — электромагнитную индукцию. В том же году им был представлен прототип генератора, в котором между полюсами постоянного магнита вручную вращался медный диск. Это был фактически первый генератор переменного тока.

Однако в то время переменному току невозможно было найти себе потребителя. Для любого практического применения электричества (минная электротехника, электрохимия, электромагнитная телеграфия, первые электродвигатели) требовался постоянный ток. Поэтому дальнейшие усилия изобретателей были направлены на создание машин, вырабатывающих постоянный ток.

В 1832 в Париже Иполит Пикси по заказу Ампера построил первый электрический генератор постоянного тока. Принцип его действия был прост: под неподвижными катушками с железными сердечниками вручную, с помощью ручки и зубчатой передачи, вращался подковообразный постоянный магнит, вследствие чего в катушках индуцировался переменный электрический ток. Для его выпрямления в генераторе Пикси использовался специальный преобразователь. Практическое использование такого генератора было затруднительно в силу того, что приходилось вручную вращать достаточно тяжелый магнит.

Первым генератором, получившим практическое применение, стал магнитоэлектрический генератор Б. С. Якоби, построенный им в 1842 году. Сам он называл его «магнитоэлектрической батареей». Он понял, что целесообразней оставить магниты неподвижными, а более легкие катушки заставить вращаться.

В том же году английский предприниматель Д. Вулрич соединил генератор постоянного тока через ременную передачу с паровой машиной и использовал для питания промышленных гальванических ванн. Считается, что именно это послужило началом создания систем электроснабжения промышленных установок.

Так как магнитное поле постоянного магнита относительно слабое, то для получения больших токов необходимо использовать большие магниты и в большем количестве. В силу этого КПД электрических машин, использующих постоянные магниты, было очень низким. Эти факторы предопределили наступление следующего этапа развития генераторов, который характеризовался заменой постоянных магнитов на электромагниты, причем для их питания использовались либо гальванические батареи, либо те же генераторы с постоянными магнитами.

Впервые обосновал целесообразность замены постоянных магнитов электромагнитами в 1851 немецкий врач Вильгельм Зинстеден, однако, на его предложение некоторое время не обращали внимания.

При эксплуатации генераторов с независимым возбуждением было установлено, что такие машины, вследствие явления остаточного магнетизма, позволяют генерировать ток и в состоянии покоя. Это наблюдение ознаменовало начало нового этапа в истории создания электрогенераторов.

Сергей Плетнёв

Продолжение в следующем номере