Пути генераторов и электродвигателей соединились

Известно, что индуктированная ЭДС пропорциональна индукции магнитного поля, длине проводника и относительной скоро­сти перемещения проводника в магнитном поле. При всех своих достоинствах кольцевой якорь обладал одним существенным не­достатком: каждый виток разделялся на две части — наружную активную, находящуюся в магнитном поле полюсов, и внутрен­нюю пассивную, находящуюся вне главного поля и фактически не участвующую в образовании ЭДС.

Следовательно, использо­вание медной обмотки было плохим. Устранить этот недостаток сумел известный немецкий электротехник, главный инженер фирмы Сименса, член Берлинской Академии наук Фридрих Геф- нер-Альтенек (1845—- 1904 гг,), В 1873 г. он предложил конструк­цию барабанного якоря. Схема формирования петлевой обмотки бара­банного якоря показа­на на рис. 4.19 и, где показано, что «пря­мой» проводник прохо­дит по образующей цилиндра-барабана, а «обратный» — тоже по образующей цилиндра, но в зоне другого полюса (пример, относится к двухполюсной машине).

Не ис­пользуются только торцевые или лобовые части каждого витка. На рис. 4.19 б показа­ны ответвления от витков к пластинам коллектора. Чтобы не загромождать чертежа щет­ки условно показаны внутри, тогда как в действительности они накладываются на кол­лектор снаружи. На рис. 4.20 показана промышленная ма­шина с барабанным якорем.

Очень важные усовершенствования в конструкцию якоря внес американский изобретатель Хайрем Максим (1840—1916 гг.), бо­лее известный как автор системы пулемета. В 1880 г. он вновь (по­сле Пачинотти) ввел зубчатый якорь, а также внутренние каналы для вентиляции. Знаменитый Томас Альва Эдисон (1847—1931 гг.) в 1880 г. получил патент на изобретение шихто­ванного якоря. В патенте указывалось: «... во вращающихся яко­рях, изготовленных из цельного металла... токи индуктируются в самой массе металла... Эти токи вызывают вредное влияние. Что­бы устранить это, — я изготовляю якорь из большого числа тон­ких дисков или колец, закрепленных на валу и отделенных друг от друга легкой изоляцией. Я получил очень хорошие результаты, применяя диски... от 1/32 до 1/64 дюйма толщиною, разделенные между собой листами тонкой бумаги... Благодаря этому полезная мощность машины значительно увеличивается». Известно, что примерно такая толщина листов электротехнической стали сохра­нилась до настоящего времени, однако оклейку листов бумагой со временем заменили лакировкой этих листов.

С 1885 г. началось применение шаблонной обмотки, что значи­тельно улучшило ее качество и снизило стоимость машин. Важ­ным усовершенствованием машины постоянного тока явилось введение в 1884 г. компенсационной обмотки, а в 1885 г. — дополнительных полюсов, с помощью которых удавалось компенсировать ре­акцию якоря и улучшить коммутацию. В 1891 г. немецким профессором Э. Арнольдом была опубликована первая работа, посвя­щенная теории и конструированию обмоток электрических машин.

Длительную эволюцию претерпела конфигурация магнитной системы электрических машин. Пока не были выяснены основные соотношения между геометрическими размерами, магнитодвижу­щими силами и индукциями, сердечники полюсов были либо из­лишне громоздкими, либо напротив, имели очень малое сечение и большие длины. Магнитные системы часто были несимметричны­ми и имели несколько стыков, представлявших собой технологиче­ские зазоры. Достаточно рассмотреть приведенные конструкции, чтобы убедиться в справедливости сказанного.

Явление магнитного насыщения открыто Дж. Джоулем в 1840 г. Весьма прогрессивными были труды выдающегося русского физи­ка Александра Григорьевича Столетова (1839—1896 гг.) по иссле­дованию магнитных свойств «мягкого железа», выполненные в 1871 г. А. Г. Столетов показал, что магнитная восприимчивость железа с ростом напряженности магнитного поля сначала возра­стает, проходит через максимум и затем уменьшается. Следова­тельно, при проектировании электрической машины следует учитывать сорт железа и выбирать рациональный режим намагни­чивания.

В 1880 г. после открытия независимо друг от друга итальян­ским физиком А. Риги и немецким физиком Э. Варбургом явле­ния гистерезиса начались исследования потерь в стали при перемагничивании (английский ученый Д. Юинг, американ­ский электротехник Ч. П. Штейнмец). Большое значение для проектирования электрических машин и аппаратов имели рабо­ты английских электротехников Дж. Гопкинсона и Г. Роуланда (1873 г.), сформулировавших и исследовавших закон магнит- ной цепи. Все эти открытия способствовали переходу от гру­бой эмпирики к достаточно строгому анализу и проектированию электротехнических устройств. Магнитная система электриче­ских машин приобретала все более компактную и симметричную форму. Вслед за двухполюсными машинами в 80-е годы Стали строиться четырехполюсные и вообще многополюсные машины.

Одним из пио­неров многополюсных ма­шин, предлагавшихся еще Граммом, был русский электротехник М. О. Доливо-Добровольский, о кото­ром главный разговор еще впереди. На рис. 4.21 представлена конструк­тивная схема четырехполюсной машины постоянного тока с дополнительными полюсами, сформировав­шаяся в 80-х годах и сохра­нившаяся до настоящего времени.

Развитие электрических машин и аппаратов вызвало необходи­мость в разработке специальных термостойких электроизоляцион­ных материалов. Для повышения термостойкости создаются пропиточные составы и покрытия, а также композиционные изо­лирующие материалы. Для изоляции пластин коллектора начина­ют применять слюду. В начале 90-х годов на основе слюды создаются новые материалы: миканит, микалента, микафолий, нашедшие широкое применение для изоляции в электрических приборах и машинах.

В конце XIX — начале XX вв. также создаются различные син­тетические высокомолекулярные соединения, на основе которых разрабатываются новые электроизоляционные материалы, кото­рые наряду с хорошими электрическими свойствами обладают вы­сокой термо и влагостойкостью.