Электрический генератор и его история
Электрогенератор – это устройство, посредством которого механическая энергия преобразуется в электрическую.
Первый генератор, которым, правда, было трудно пользоваться, основанный на явлении электромагнитной индукции, был построен братьями Пиксин в 1832 г. Трудность заключалась в том, что вращать приходилось тяжелый постоянный магнит, чтобы в двух его проволочных катушках, возникал переменный электрический ток.
С целью повышения мощности электрических машин, число магнитов и катушек приходилось увеличивать. Несмотря на то, что магнит вращался вручную, он все-таки был способен вырабатывать электрический ток.
Русский ученый Э. Ленц в 1833 г. обратил внимание на то, что электрические машины могут быть обратимыми. Это значило, что если вращать вал электрического двигателя, то он может работать как генератор вполне эффективно. Свою теорию Ленц доказал в 1838 г. на основе электрического двигателя Б. С. Якоби.
Генератор из трех постоянных подвижных магнитов с 6 катушками индуктивности был создан Э. Штерером, в 1843 г. Магниты и катушки вращались в нем вручную вокруг вертикальной оси.
Заменить постоянный природный магнит электрическим, удалось в 1851 г. Это открытие позволило создавать электрические машины большей мощности. Первая машина с электромагнитом была создана в 1863 г. В 1870 г. во Франции появился генератор, работающий на принципе самовозбуждения.
Создан он был инженером-изобретателем З. Граммом. Принцип самовозбуждения обнаружили в процессе исследования работы электрических машин - оказалось, что сердечники электромагнитов сохраняют остаточный материал после прекращения подачи тока, а это дает возможность генератору сразу после запуска из состояния покоя давать электричество.
Составной частью электрической машины Грамма был кольцевой якорь, укрепленный на горизонтальном валу. Вращение происходило между двумя электромагнитами, обмотки которых последовательно подключались к обмотке якоря. Потребители получали ток от генератора через металлические щетки, скользившие по коллектору.
Генератор Грамма принимал участие на Веской выставке в 1873 г. и демонстрировал передачу электрического тока на расстояние. В промышленном масштабе производство подобных машин началось благодаря электрическому генератору Грамма.
Этапы развития электрического генератора
Электрический генератор в своем развитии прошел 4 этапа: на первом этапе, охватившем период с 1831 по 1851 гг. шло создание электрических генераторов с возбуждением от постоянных магнитов. Это были магнитоэлектрические машины.
Электромагнитная индукция, открытая в 1831 г. определила новый способ получения электрического тока. Практическое воплощение он нашел в диске Фарадея – первом униполярном генераторе.
Развитие электрического генератора постоянного тока на втором этапе охватывает период с 1851 по 1867 гг. В этот период происходит конструирование генераторов с независимым возбуждением, в результате чего их относительная масса становится меньше, и улучшается их работа.
Замена постоянных магнитов электромагнитами была обоснована немецким ученым В. Зинстеденом и датчанином С. Хиортом в начале 50-х годов XIX века.
Примером генератора с электромагнитами является генератор англичанина Г. Уайльда, обмотки электромагнитов которого питались токами от независимого источника. Таким образом, машина Уайльда подготовила конструкторскую мысль для создания генераторов с самовозбуждением.
Условно, 1867 г. можно считать началом третьего этапа в развитии генераторов постоянного тока. Условность даты связана с тем, что на первенство в их изобретении претендовали многие известные ученые и изобретатели, среди них были В. Сименс, Ч. Уитстон, братья Кромвель, С. Варлей, А. Йедлик и др.
Основным содержанием четвертого этапа в развитии электрических генераторов становится разработка самовозбуждающихся генераторов с кольцевыми и барабанными якорями и развитыми магнитными системами.
Французский специалист З. Т. Грамм становится одним из известнейших специалистов в области электромашиностроения и электрического освещения. В патенте, который он получил в 1870 г., содержалось описание самовозбуждающегося генератора с кольцевым якорем. Несмотря на то, что у него было еще несколько конструкций самовозбуждающихся машин, принципиальных изменений в них уже не вносилось.
Генераторы Грамма имели целый ряд преимуществ – они были экономичными источниками электрической энергии с высоким КПД, имели малые габариты и массу. По сравнению с машиной «Альянс», машины Грамма имели массу в 6 раз меньше, чем генератор с постоянными магнитами. Благодаря своим преимуществам генератор Грамма вытеснил другие типы и получил широкое распространение.
Машину Грамма использовали в режиме генератора и в режиме двигателя.
В начале 70-х годов XIX века произошло объединение двух линий развития электрических машин (генератора и двигателя). Хоть машина Грамма и была машиной постоянного тока современного типа, она нуждалась в некоторых усовершенствованиях. Начались они в 70-80-е годы XIX века, когда исследования процессов в электрических машинах продолжились.
В это время американец Х. Максим снова возвращается к зубчатому якорю и внутренним каналам для вентиляции. Второй американец Т. Эдисон в 1880 г. получает патент на шихтованный якорь, пластины которого были изолированы листами тонкой бумаги, замененные позже лаком.
Шаблонная и компенсационная обмотки начали применяться с 1885 г. с установлением дополнительных полюсов.
В совершенствовании проектирования электрических машин огромное значение имели работы А. Г. Столетова. Он исследовал магнитные свойства «мягкого железа» и доказал связь магнитной восприимчивости железа с напряженностью магнитного поля.
Немецкий физик Э. Варбург в 1880 г. открыл явление гистерезиса и приступил к исследованию магнитных потерь в стали.
Англичанин Дж. Юинг, сделав вывод о «гистерезисном цикле», предложил прибор для вычерчивания кривых намагничивания.
Американец Ч. Штейнмец предложил эмпирическую формулу для определения потерь на гистерезис.
Английский электротехник Дж. Гопкинс в 1885 г. формулировал закон магнитной цепи.
Электрическая машина постоянного тока к концу 80-х годов приобрела современные конструктивные черты.
Бытовые генераторы
Комфортную жизнь современного человека трудно представить без электричества, которое является сегодня самым важным ресурсом в мире.
Широкое применение генераторы переменного тока нашли в быту и на производстве, благодаря своей компактности, мобильности и безотказности.
Их спектр применения очень широкий, поэтому они являются универсальными устройствами, способными производить электрический ток. Конечно, в современных квартирах они не нужны, а на даче, например, они будут весьма востребованы.
В жизни бывают моменты, когда дублирование основного электроснабжения необходимо. Например, клиники и больницы с реанимационными и хирургическими отделениями обязательно должны иметь автономную аварийную систему электроснабжения. В таких случаях электрические генераторы спасают жизнь людей.
Рынок современных дизельных генераторов очень большой. Они отличаются своей мощностью, видом топлива, размерами, уровнем шума и др.
Для бытовых ситуаций создано несколько моделей, при производстве которых к их устройству учтены требования покупателей. Важными являются такие характеристики как компактность – если его можно перевозить в багажнике автомобиля, то такой генератор, безусловно, найдет своего покупателя.
Электрические генераторы производят под бензин, газ, дизельное топливо.
В бытовых условиях можно использовать любое топливо, но, наиболее выгодным является дизельное топливо.
Мощность агрегата рассчитывается, исходя из суммы потребления электроприборов, подключаемых одновременно.
