Длительное время человечество располагало только хими­ческими источниками электрической энергии. Эти источники были громоздки и дороги, имели ограниченную мощность, что сдерживало развитие и потребителей электрической энер­гии, в частности электрических двигателей.

В 1833 г. появились первые модели электрических генера­торов выпрямленного тока. Дальнейшее развитие электри­ческих машин (до 80-х годов прошлого столетия) шло по пути совершенствования машин постоянного тока.

В разработке первых электродвигателей сильно сказа­лась инерция строителей паровых машин. Сооруженные в 1832 г. Дж. Генри и позже, в 1864 г. У. Пейджем, они имели коромыс­ла, кривошип и шатуны, а также золотники (переключатели тока в соленоидах, заменивших собой цилиндры). Двигатель Пейджа не только напоминал паровой, но и был установлен на локомотив, где, получая питание от батарей, мог довести скорость движения до 30 км/ч.

В электрическом двигателе постоянного тока, создан­ном в 1834 г. Б.С. Якоби, был реализован принцип непос­редственного вращения подвижной части. Ток к подвижным электромагнитам подводился с помощью коллектора.

Двигатель Якоби произвел сенсацию. Катер длиной 8,5 и шириной 2,1 м с 16-ю пассажирами на борту, на котором был установлен этот двигатель, развивал высокую скорость да­же против ветра. Мощность же двигателя была всего полки­ловатта.

Для проверки экономической эффективности нового дви­гателя Академия наук назначила авторитетную комиссию во главе с известным русским адмиралом И.Ф. Крузенштерном. Комиссия пришла к выводу, что электрический двигатель в десять раз дороже парового и, следовательно, будущего на флоте иметь не может.

Позже были разработаны и получили повсеместное приз­нание коллекторные электродвигатели с барабанным якорем.

К основным элементам коллекторного электродвигателя относятся: статор (неподвижная часть), ротор (вращающаяся часть с обмоткой, в машинах постоянного тока ротор обыч­но называют якорем), которые разделены воздушным зазо­ром, и коллектор. На внутренней поверхности статора укреп­лены магниты, предназначенные для создания в машине маг­нитного потока. Первоначально это были постоянные магниты, а в 1863 г. Г. Уальдом были применены электромагниты. В наши дни разработаны новые, очень мощные постоянные маг­ниты и количество электрических машин, оснащенных ими, стало расти.

Вращающий момент обмотки с током, помещенной в маг­нитное поле, прямо пропорционален числу ее витков, силе то­ка в обмотке и магнитному потоку. Поэтому в якорь закла­дывают обмотку с большим числом витков, а для увеличения магнитного потока якорь выполняют из электротехни­ческой стали. Каждый участок якоря, вращаясь в магнитном поле, проходит поочередно то под одним полюсом, то под дру­гим. Сердечник якоря перемагничивается, в нем возникают вихревые токи. Для уменьшения потерь увеличивают сопро­тивление для вихревых токов. Для этого сердечник якоря набирают из тонких изолированных листов стали. Листы изо­лируют лаком, бумагой или тонким слоем окиси.

Вращающий момент, создаваемый обмоткой электродви­гателя, пульсирует. Для уменьшения пульсации обмотку вы­полняют из секций, которые смещают по периметру якоря. Вращающие моменты отдельных секций складываются в об­щий, пульсация которого уже невелика.

Важным этапом в развитии машины постоянного тока был кольцевой якорь, предложенный в 1860 г. А. Пичинотти. Он представляет собой полый цилиндр, собранный из листов электротехнической стали, укрепленный на валу между маг­нитами статора. Обмотка выполняется в виде отдельных после­довательно соединенных катушек.

Конструкция позволяет получить необходимую мощность при очень малой пульсации вращающего момента. Недостат­ком такой машины является неэффективное использование материала обмотки, так как с магнитами взаимодействуют лишь проводники, расположенные по наружной поверхности якоря. Барабанный якорь, в котором рабочими являются два проводника, составляющих виток, был изобретен лишь в 1872 г. Проводники, расположенные по торцам якоря, магнитное по­ле не пересекают и в рабочем процессе машины не участвуют. Еще десять лет понадобилось, чтобы в железе якоря появились пазы для обмотки, – в 1882 г. барабанный якорь машины постоянного тока стал таким, каким мы его привыкли ви­деть.

Диапазон мощностей и размеров двигателей постоянного тока чрезвычайно широк. Еще в 20-х годах американский ча­совщик Гомез построил миниатюрный (размером чуть больше наперстка) двигатель для привода игрушечного лифта. М. Мас­люк изготовил электрическую машину величиной со спичеч­ную головку и массой 0,06 г. Но и это не предел. Голландс­кий умелец Д’Эйнс соорудил двигатель, который в четыре раза легче и занимает в шесть раз меньше места, чем двигатель Маслюка. Все детали Д’Эйнс изготовил сам, а вот проволо­ку для обмотки якоря и рубиновые подшипники пришлось специально заказывать в Швейцарии.

Это “рекорд”? Нет. Самый маленький электрический дви­гатель в мире изготовил Н. Сядристый. Двигатель имеет 15 деталей, однако размеры его в 4 раза меньше макового зер­нышка!

Некоторые из этих машин имеют прикладное значение. Сверхминиатюрные двигатели могут быть использованы, нап­ример, в медицине. Двигатель размером с таблетку (можно и подсластить) легко проглатывается вместе с миниатюрным медицинским зондом для анализа желудочного сока. Привод обеспечивает продвижение зонда по желудку и даже по киш­кам. Двигатель может перемещать и камеру для обследова­ния стенок желудка и кишечника с помощью телевизионной установки.

Самые большие электрические двигатели постоянного тока используются для привода гребных винтов советских атомных ледоколов “Сибирь” и “Артика”. Высокая надеж­ность при работе с большими скоростями, частыми реверсами и большими перегрузками обеспечивается выполнением маг-нитопровода из листовой электротехнической стали. Мощ­ность двигателя 176 ООО кВт, КПД – 0,95.

Похожие статьи:

1. ДВС. Двигатели внутреннего сгорания. Первые шаги
2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ И ТОК
3. СВОБОДНЫЕ ЭЛЕКТРОНЫ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
4. Первые кузнецы
5. Контактные системы зажигания