Крупный шаг в развитии основ электротехники связан с именем великого русского физика Александра Григорьевича Столетова. Прежде чем построить динамо-машину, мотор, электромагнит, трансформатор — словом, любую электрическую машину, содержащую железо, инженер на бумаге рассчитывает конструируемые железные сердечники. Чтобы узнать магнитные свойства различных материалов, их испытывают в лабораториях. Исследуя, как растет намагничение контрольного образца по мере усиления магнитного поля, создаваемого обмотками, снимают так называемые кривые намагничения.
Все эти расчеты и испытания стали возможными после того, как в 1872 году молодой учёный А. Г. Столетов опубликовал свою диссертацию «Исследование о функции намагничения мягкого железа». Он первый установил зависимость магнитных свойств железа от величины намагничивающего поля. Сам Столетов, понимая всё значение своей работы для инженерной практики, писал: «Знание свойств железа относительно временного намагничивания так же необходимо здесь, как необходимо знакомство со свойствами пара для теории паровых машин. Только при таком знании мы получим возможность обсудить a priori (независимо от опыта) наивыгоднейшую конструкцию подобного снаряда и наперед рассчитать его полезное действие».
|
Установка Столетова. При перемене направления тока в первичной обмотке, навитой на кольцеобразный образец, во вторичной обмотке возникает импульс тока, действующий на гальванометр. Это позволяет определить намагниченность образца
|
Столетов впервые применил для испытаний магнитных свойств материалов кольцеобразную форму образца. Это помогло ему исключить погрешности, появляющиеся при измерениях образцов, имеющих концы. Метод исследования, примененный Столетовым, сохранился и до наших дней.
Работа Столетова по изучению ферромагнетизма протекала в годы, когда нужды электрического освещения настоятельно требовали создания источников тока более мощных, более дешевых и надежных, чем гальванические элементы, служившие до той поры единственными источниками энергии.
И как в создание электрических светильников, так и в конструирование необходимого к ним оборудования — генераторов, трансформаторов, коммутаторов, арматуры — русские изобретатели вносили новые технические идеи.
Журнал «Русский вестник» в 80-х годах восемнадцатого века писал: «...Наши соотечественники продолжают стоять во главе исследований, направленных к усовершенствованию и упрощению аппаратов для электрического освещения, и с честью подвизаются на этом трудном, но многообразном поприще. Заслуги русских деятелей относительно практических применений электрического тока к освещению в большом размере и упрощения потребных для этого приборов остаются вне всякого сомнения и теперь уже признаны всей Европой».
Годы, когда стало распространяться электрическое освещение, ознаменованы замечательнейшими открытиями, изобретениями, усовершенствованиями в производстве электроэнергии и превращении её в энергию механическую.
Правда, конструирование машин, создающих электрический ток, началось сразу же после открытия Фарадеем электромагнитной индукции. В 1832 году первый генератор построил англичанин Пикси. Подобную машину создал и Э. X. Ленц. В этих генераторах использовались постоянные магниты, и назывались они магнитоэлектрическими машинами Долгое время они не выходили из стен лабораторий — в технике, промышленности для них не находилось применения. Первым серьезным потребителем электрического тока явилась гальванотехника — покрытия. одного металла слоем другого при помощи электролиза. Появление гальванотехники, а затем дуговых фонарей для маяков дало толчок развитию генераторов. Но и в середине 60-х годов постоянные магниты — тяжелые и громоздкие в больших машинах — считались обязательной принадлежностью каждого генератора.
Важной вехой в истории электротехники было появление машины, у которой вместо постоянных магнитов были электромагниты.её изобретение связывают с именем англичанина Г. Уайльда.
Уайльду, правда, не удалось окончательно освободить генератор от постоянных магнитов. Предложенная им конструкция представляла собой, по существу, две машины. Одна из них, главная, производила ток, направлявшийся к потребителю, вторая, меньшая, служила для выработки тока, питавшего электромагниты главной машины. Эта вторая машина и была оснащена постоянными магнитами.
Последний шаг на пути усовершенствования устройства генераторов был сделан почти одновременно изобретателями разных стран. Предложенный ими принцип самовозбуждения основан на очень простой идее: слабого остаточного магнетизма сердечников электромагнитов вполне достаточно для того, чтобы в первый момент при запуске машины получить небольшой ток. Этот ток, попадая в электромагниты, усиливает их действие, и, таким образом, мало-помалу ток, даваемый генератором, растет, пока не достигнет полной силы.
Так был обоснован принцип динамо-машины. Воплотить его в жизнь помогло изобретение Зиновия Грамма — столяра французского электротехнического завода «Аллианс». Дело в том, что попытки применить принцип самовозбуждения к машинам старых конструкций оказались неудачными: быстрая смена направления токов в якорях сильно нагревала железо. В якоре, предложенном Граммом, положительный и отрицательный полюса не менялись местами.
Машина Грамма дала толчок развитию многих отраслей электротехники.
В конструировании генераторов принимали деятельное участие и русские электротехники. Яблочков сконструировал несколько типов динамо-машин, среди которых важное место занимает его альтернатор — одна из первых и наиболее удачных машин этого типа. Альтернаторы — машины, вырабатывающие переменный ток, стали впоследствии основой промышленной электротехники. Д. Лачинов, А. Полешко, М. Доливо-Добровольский также работали над совершенствованием генераторов. Крупный успех в области электротехники сильных токов был достигнут инженером В. Н. Чиколевым. В 1872 году Чиколев установил электродвигатель на швейной машине, то есть осуществил индивидуальный электропривод к станку. Эта электрифицированная швейная машина экспонировалась на Всероссийской политехнической выставке в Москве в 1872 году и привлекла к себе большое внимание. Изобретателю — пионеру использования силы электричества для привода машин — была присуждена Большая золотая медаль.
Значение этого выдающегося технического новшества с огромной силой раскрылось в последующие дни. Индивидуальный электропривод — самый совершенный способ использования электрического двигателя. Электропривод позволил впоследствии освободить цехи заводов от бесчисленных приводных ремней и трансмиссий, с помощью которых раньше передавалась механическая энергия от центральной паровой машины к станкам и механизмам. Чиколев понял, что новую силу надо использовать по-новому, что надо заменить механическую передачу — ремни и трансмиссии — электрическими проводами, протянутыми к электродвигателям станков.