|
сопротивление). На лобовых частях ротора эти стержни электрически соединялись
друг с другом (замыкались сами на себя). Решение ДоливоДобровольского
оказалось наилучшим. После того как он получил в 1889 году патент на свой ротор,
его устройство принципиально не менялось вплоть до настоящего времени.
Вслед за тем ДоливоДобровольский стал думать над конструкцией статора
неподвижной части двигателя. Конструкция Теслы казалась ему нерациональной.
Поскольку КПД электрического двигателя напрямую зависит от того, насколько
полно магнитное поле статора используется ротором, то, следовательно, чем
больше магнитных линий статора замыкаются на воздух (то есть не проходят через
поверхность ротора), тем больше потери электрической энергии и тем меньше КПД.
Чтобы этого не происходило, зазор между ротором и статором должен быть как
можно меньше. Двигатель Теслы с этой точки зрения был далек от совершенства —
выступающие полюса катушек на статоре создавали слишком большой зазор между
статором и ротором. Кроме того, в двухфазном двигателе не получалось
равномерное движение ротора. Исходя из этого, ДоливоДобровольский видел перед
собой две задачи: повысить КПД двигателя и добиться большей равномерности его
работы. Первая задача была несложной — достаточно было убрать выступающие
полюса электромагнитов и равномерно распределить их обмотки по всей окружности
статора, чтобы КПД двигателя сразу увеличилось. Но как разрешить вторую
проблему? Неравномерность вращения можно было заметно уменьшить, лишь увеличив
число фаз с двух до трех. Но был ли этот путь рациональным? Получить трехфазный
ток, как уже говорилось, не представляло большого труда. Построить трехфазный
двигатель тоже было нетрудно — для этого достаточно разместить на статоре три
катушки вместо двух и каждую из них соединить двумя проводами с соответствующей
катушкой генератора. Этот двигатель должен был по всем параметрам быть лучше
двухфазного двигателя Теслы, кроме одного момента — он требовал для своего
питания шести проводов, вместо четырех. Таким образом, система становилась
чрезмерно громоздкой и дорогой. Но, может быть, существовала возможность
подключить двигатель к генератору какнибудь по другому? ДоливоДобровольский
проводил бессонные ночи над схемами многофазных цепей. На листах бумаги он
набрасывал все новые и новые варианты. И, наконец, решение, совершенно
неожиданное и гениальное по своей простоте, было найдено.
Действительно, если сделать ответвления от трех точек кольцевого якоря
генератора и соединить их с тремя кольцами, по которым скользят щетки, то при
вращении якоря между полюсами на каждой щетке будет индуцироваться один и тот
же по величине ток, но со сдвигом во времени, которое необходимо для того,
чтобы виток переместился по дуге, соответствующей углу 120 градусов. Иначе
говоря, токи в цепи будут сдвинуты относительно друг друга по фазе также на 120
градусов. Но этой системе трехфазного тока оказалось присуще еще одно
чрезвычайно любопытное свойство, какого не имела ни одна другая система
многофазных токов — в любой произвольно взятый момент времени сумма токов,
текущих в одну сторону, равна здесь величине третьего тока, который течет в
противоположную сторону, а сумма всех трех токов в любой момент времени равна
нулю.
Например, в момент времени t1 ток i2 проходит через положительный
максимум, а значения токов i1 и i3, имеющих отрицательное значение, достигают
половины максимума и сумма их равна току i2. Это означает, что в любой момент
времени один из проводов системы передает в одном направлении такое же
количество тока, какое два других вместе передают в противоположном направлении.
Следовательно, предоставляется возможность пользоваться каждым из трех
проводов в качестве отводящего проводника для двух других, соединенных
параллельно, и вместо шести проводов обойтись всего тремя!
Чтобы пояснить этот чрезвычайно важный момент, обратимся к воображаемой
схеме. Представим себе, что через круг, вращающийся вокруг своего центра,
проходят три соединенных между собой проводника, в которых протекают три
переменных тока, сдвинутых по фазе на 120 градусов. При своем вращении каждый
проводник находится то на положительной, то на отрицательной части круга,
причем при переходе из одной части в другую ток меняет свое направление. Эта
система вполне обеспечивает нормальное протекание (циркуляцию) токов. В самом
деле, в некоторый момент времени проводники I и II оказываются соединенными
параллельно, а III отводит от них ток. Некоторое время спустя II переходит на
ту же сторону, где находится III; теперь уже II и III работают параллельно, а I
как общий отводящий ток провод. Далее III переходит на ту сторону, где еще
находится I; теперь II отводит то количество, что III и I подводят вместе.
Затем I переходит на ту сторону, где еще находится II, и т.д.
В приведенном примере ничего не говорилось об источниках тока. Как мы
помним, этим источником является трехфазный генератор. Изобразим обмотки
генератора в виде трех катушек. Для того чтобы протекание тока происходило
описанным нами способом, эти катушки могут быть включены в цепь двояким образом.
Мы можем, к примеру, разместить их на трех сторонах треугольника, допустим
левого; таким образом, вместо трех его сторон мы получим три катушки I, II и
III, в которых индуцируются токи со смещением фаз на 1/3 периода. Мы можем
также переместить точки приложения электродвижущих сил и на концы параллельных
проводников. Если мы поместим здесь наши катушки, то получим другое соединение.
Треугольники, служащие теперь лишь проводящими соединениями для трех левых
концов катушек, могут быть стянуты в одну точку. Эти соединения, из которых
первое называется «треугольником», а второе — «звездой», широко применяются как
в двигателях, так и в генераторах.
Свой первый трехфазный асинхронный двигатель ДоливоДобровольский
построил зимой 1889 года. В качестве статора в нем был использован кольцевой
|
|