В. В. НЕЧАЕВ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Допущено

Управлением кадров и учебных заведений

МРФ РСФСР в качестве учебного пособия

для учащихся электромеханической специальности

речных училищ и техникумов

ИЗДАТЕЛЬСТВО

«ВЫСШАЯ ШКОЛА»

Москва —1967

Введение

Транспорт является крупнейшей отраслью народного хозяйства. Речной транспорт занимает важное место в общем грузообороте страны. Особенно велико значение речного транспорта в восточных районах, где железнодорожная сеть развита слабее. Так, в Ленском бассейне речной транспорт выполняет важнейшую задачу по обслуживанию алмазной, золотодобывающей и других отраслей промышленности Якутской АССР и северных районов Иркутской области. Здесь речные перевозки составляют около 95% всего грузооборота. Речники Енисейского пароходства доставляют промышленное оборудование, строительные материалы, продовольственные товары для заполярного Норильского комбината, в отдаленные районы Ангары, Подкаменной Тунгуски и другие пункты.

Партия и правительство уделяют большое внимание развитию и усилению материально-технической базы речного транспорта. В настоящее время основу транспортного самоходного флота составляют современные теплоходы, построенные в последнее десятилетие. Современные речные суда оснащены передовой техникой и отвечают условиям судоходства по глубоководным речным магистралям и обширным водоемам. Строятся новые и реконструируются старые речные порты, которые оснащаются подъемно-транспортным оборудованием повышенной грузоподъемности.

Современные речные суда, порты, пристани, судоремонтные и судостроительные предприятия имеют многочисленное и разнообразное электрооборудование, среди которого значительное место занимают электрические машины.

Область использования электрических машин очень разнообразна: они применяются в качестве генераторов — для преобразования механической энергии в электрическую; в качестве двигателей — для преобразования электрической энергии в механическую; в качестве преобразователей — для преобразования тока, например переменного в постоянный и наоборот, величины напряжения, его частоты; в качестве усилителей — для усиления слабых электрических сигналов (электромашинные усилители), в качестве компенсаторов — для повышения коэффициента мощности и т. п.

Электрические машины классифицируются по различным признакам:

а) по назначению — генераторы, двигатели, преобразователи, электромашинные усилители, компенсаторы и др.;

б) по роду тока — постоянного или переменного тока;

в) в зависимости от расположения оси вращения, конструкции подшипников и способа крепления к фундаменту — вертикальные и горизонтальные машины, машины со щитовыми подшипниками, опирающимися на станину, или со стояковыми подшипниками, опирающимися на фундаментную плиту, и т. д.;

г) по способу защиты от воздействия внешней среды — открытые, защищенные, брызгозащищенные, закрытые, водозащищенные, Герметические и взрывозащищенные;

д) по способу охлаждения — с естественным охлаждением, с самовентиляцией, обдуваемые, с независимым охлаждением.

Судовым электрическим машинам приходится работать в особенно тяжелых условиях из-за разнообразных климатических условий, в которых может плавать судно (от полярных до жаркого климата), разницы в температурных режимах на самом судне, повышенной влажности, вибрации, ударов волн, крена до , бортовой качки до, дифферента до. Поэтому к судовым электрическим машинам предъявляются особые требования как в отношении электроизоляционных материалов, так и в отношении их механической прочности.

История развития электрических машин начинается с первой половины XIX в. Большое значение имели работы английского физика М. Фарадея, создавшего в 1821 г. первый электрический двигатель — «двигатель Фарадея». Этот «двигатель» представлял собой проводник, опиравшийся на острие магнита и поворачивающийся на оси при пропускании по цепи электрического тока. На этой модели впервые было показано, что в результате взаимодействия магнитного поля с проводником, по которому протекает электрический ток, создается момент сил, поворачивающий проводник.

В 1831 г. Фарадеем был открыт закон электромагнитной индукции и создан «диск Фарадея»; по существу это была первая модель генератора постоянного тока.

В 1833 г. была опубликована работа русского академика Э. X. Ленца, в которой он сформулировал закон электромагнитной индукции и вывел закон, известный под названием «закон Ленца», явившийся доказательством общности явлений, происходящих в двигателях и генераторах постоянного тока.

Первый электрический двигатель, пригодный для практического использования, был создан в 1834 г. русским ученым акад. Б. С. Якоби. Позднее, в 1838 г., Б. С. Якоби установил электродвигатель в лодке и использовал его для приведения в действие гребных колес. Таким образом был создан первый в мире речной электроход.

Дальнейшие работы русских и иностранных ученых были направлены на усовершенствование электрических двигателей. Был сделан ряд ценнейших изобретений: замена постоянных магнитов электромагнитами, открытие принципа самовозбуждения генераторов, создание генератора со смешанным возбуждением, создание кольцевого якоря с замкнутой спиральной обмоткой и др.

До 1870 г. электрические двигатели получали электроэнергию от химических источников тока. Лишь в 1870 г. был использован принцип обратимости электрических машин и электрические машины стали применяться в качестве источников энергии для двигателей.

Дальнейшие работы в области электрических машин велись в направлении их совершенствования.

В 1876 г. П. Н. Яблочковым была предложена конструкция барабанного якоря, а в 1882—1883 гг. были созданы основные: типы однослойных и двуслойных обмоток многополюсных машин.

В 1884—1885 гг. для ослабления влияния реакции якоря и улучшения условий коммутации в машинах постоянного тока стали применяться добавочные полюсы и компенсационные обмотки.

Огромное значение для конструирования и развития электрических машин имели работы по исследованию явлений намагничивания стали, проведенные А. Г. Столетовым, который в 1871 г. установил основные принципы расчета магнитных цепей и положил начало теории ферромагнетизма.

В 1877 г. П. Н. Яблочков впервые применил переменный ток и использовал принцип трансформации для питания созданных им электрических дуговых источников света — «свеча Яблочкова».

Настоящую революцию в развитии электрических машин произвел русский инженер М. О. Доливо-Добровольский, который в 1889 г. изобрел трехфазный асинхронный электрический двигатель с короткозамкнутым ротором, а в 1890-1891 гг. создал остальные основные типы электрических машин трехфазного переменного тока — синхронные генераторы.

Начиная с 1891-1892 гг. ведутся работы по дальнейшей разработке теории электрических машин, совершенствованию их конструкций, улучшению и созданию новых электротехнических материалов.

Большой вклад в развитие электромашиностроения в нашей стране внесли в области теории электромагнитных явлений Б.А. Введенский, В. К. Аркадьев, Н. С. Акулов, В. Ф. Миткевич, К. А. Круг, в теорию электрических машин — А. А. Воронов, К. И. Шенфер, М. П. Костенко, В.А. Толвинский и многие другие.

Советское электромашиностроение добилось огромных успехов в создании новых типов электрических двигателей и генераторов,

Отечественной промышленностью выпускаются электрические двигатели постоянного и переменного тока с очень широким диапазоном мощностей (от нескольких ватт до нескольких тысяч киловатт).