Лекции.Орг
Лекции.Орг
 

Категории:

Астрономия
Биология
География
Другие языки
Интернет
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Механика
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Транспорт
Физика
Философия
Финансы
Химия
Экология
Экономика
Электроника

Электрификация



2.8.1 Краткая историческая справка

 

Развитие электрической тяги неразрывно связано с развитием учения об электричестве. Возникновению электротехники предшествовал длитель­ный период накопления знаний о природе электричества и магнетизма. Исследо­ваниями явления электричества активно занимались такие великие ученые, как М. В. Ломоносов (1711–1765 гг.), Г. В. Рихман (1711–1753 гг.), Б. Франклин (1706–1790 гг.), Ш. Кулон (1736–1806 гг.) и др.

М. В. Ломоносов, продолжая работы Р. Бойля и Д. Бернулли, глубоко изучал сущность и природу электрических явлений. Громад­ное значение для прогресса учения об электрических и магнитных явлениях имело установление М. В. Ломоносовым закона сохранения энергии, положив­шего начало учению об энергетике, объединившего в единый комплекс такие различные виды энергии, как механическая, электрическая, тепловая и др.

Б. Франклин, наряду с проблемами метео­рологии, широко известен своими работами в области взаимодействия электри­ческих зарядов. Он дал ясную картину электризации тел, основываясь на представлении электрической материи как частиц крайне малых, которые прони­зывают любое вещество, не испытывая при этом заметного сопротивления. В наши дни мы эти частицы называем электронами. Он ввел обозначения "+" и "–" для электродов различной полярности. Франклин предложил такие устройства, как молниеотвод, "электри­ческое колесо", использовал электрическую искру для взрыва пороха и др. После работ Франклина наиболее крупным этапом развития науки об электричестве был переход к количественному описанию электрических явлений. Это было впервые сделано Ш. Кулоном в 1785 г. Он сформулировал закон взаимо­действия электрических зарядов и магнитных полюсов, показал, что электри­ческие заряды располагаются всегда на поверхности проводника и т. п.

Началом новой эпохи в изучении электрических явлений явилась дискуссия о природе электричества, возникшая между Л. Гальвани и А. Вольта, получившая широкий резонанс в ученом мире.

Л. Гальвани (1737–1798 гг.), основатель учения об электрофизиологии, преподавая медицину в Болонском университете, обратил внимание на то, что мышца лягушки сокращается при присоединении ее к двум разным металлам. Он назвал это явление "живым" электричеством. В 1791 г. А. Воль­та (1745–1827 гг.), профессор университета в Павии, начал изучать явления "живого" электричества, открытого Гальвани. Однако Вольта убедился на опытах, что никакого "живого" электричества не существует. Он первым понял, что Гальвани открыл новый источник электричества – электрохимический элемент. Истинный источник электричества – контакт разнородных металлов, на­пример серебра и цинка. Поэтому он предложил название "металлическое" электричество.

Однако оба исследователя были правы. Теперь мы знаем, что существует электричество статическое, обусловленное взаимодействием покоящихся на поверхности проводников электрических зарядов, и электричест­во, обусловленное взаимодействием различных металлов. Отсюда получили свое название, например, "гальванический" ток, полу­чаемый от электрических батарей, приборы гальванометры, "вольтов столб", составленный из гальванических элементов, и т. п. В таких элементах источ­ником энергии, поддерживающей прохождение тока в электрической цепи, являются происходящие при этом химические превращения в элементах.

Именем Вольты была названа электрическая дуга, которую сам Вольта не получал и даже не видел. Честь открытия электрической дуги принадлежит В. В. Петрову (1761–1834 гг.), профессору Петербургской медико-хирургической академии, впоследствии академику Петербургской Академии Наук (1802 г.), научные труды которого, опережая время, остались малоизвестными. В начале 1802 г. он получил электрическую дугу между двумя углями на расстоянии от 2,5 до 7,5 мм. Его батарея превосходила все известные к тому времени: 1700 элементов, расположенных в деревянных ящиках длиной 12 м, изолирован­ных воском. Именно он впервые применил наряду с последовательным и парал­лельное соединение элементов. Теперь это кажется простым, но надо помнить, что в то время еще не были известны ни закон Ампера, ни закон Ома и т. д.

С именем М. Фарадея (1791–1867 гг.) связано установление многих зако­нов электротехники. Он ввел понятие электрического и магнитного полей, уста­новил связь между ними, открыл явление индукции, лежащее теперь в основе электротехники. Продолжая и развивая работы Фарадея, Д. Максвелл (1831–1879 гг.) разра­ботал классическую теорию электрических и магнитных полей.

Трудно переоценить научный вклад отечественных и зарубежных ученых того времени в развитие науки об электричестве.

Одновременно с изучением природы электрического тока шло совершенствование способов его получения. Примитивные гальванические батареи были посте­пенно заменены электрическими динамомашинами. Наряду с постоянным током, получаемым от гальванических батарей, появился однофазный переменный ток, вырабатываемый электромагнитными генераторами, а затем и трехфазный.

Все эти достижения относятся ко второй половине XIX в., когда быстро развивающаяся промышленность требовала все больше энергии. Снабжение заводов и фабрик энергией от паровых и гидравлических двигателей с помощью ременных и канатных передач уже не удовлетворяло запросов промышленности, поэтому начались поиски и разработки, во-первых, источников энергии, работающих на новых принципах, и, во-вторых, поиски практических путей передачи этой энергии на большие расстояния, так как сооружать электрические станции было выгодным не в местах потребления вырабатываемой ими энергии, а в районах добычи топлива, обычно далеко отстоящих от промышленных центров.

Характерной чертой технического прогресса в конце XIX – начале XX в. яви­лось быстрое развитие электротехнической промышленности.

Первые опыты в области электрической тяги. В начале XIX в. предпринимались неоднократные попытки использовать электри­ческую энергию для совершения механической работы. Наибо­лее выдающимися из них были опыты Б. С. Якоби (1834 г.). Он применил созданный им электрический двигатель для пере­мещения лодки по реке Неве. В этом двигателе впервые было использовано вращательное движение якоря вместо поступатель­ного, которое ранее применяли в макетах двигателей того времени, но оно не обеспечивало непрерывного движения. Вращение якоря с помощью рычажной передачи, изобретенной Якоби, преобразо­вывалось во вращение винта, установленного на корме. Двигатель питался от гальванических элементов, установленных в лодке: мощность его не превышала 0,5 л. с. (368 Вт), лодка двигалась против течения со скоростью 4 версты в час. Опыты Б. С. Якоби имели принципиальное значение для создания в дальнейшем автономных видов электрической тяги.

Почти одновременно в США Т. Давенпорт, Беккер и Стратинг в Германии, Ботто в Турине проводили опыты по перемещению макетов экипажей с помощью электрических двигателей. В 1838 г. Р. Давидсон, используя принцип Давенпорта, совершил опытные поездки с двухосной тележкой массой 5 т на участке железной дороги Глазго – Эдинбург. В 1845 г. профессор Паж выдвигает предложение по созданию электрической железной дороги длиной 7,5 км на участке Вашингтон – Бладенсбург. При опытных поездках локомотив достиг скорости 30 км/ч.

Э. X. Ленц и Б. С. Якоби установили принцип обратимости электрических и магнитных явлений, согласно которому электри­ческая машина будет работать двигателем, т. е. создавать вра­щающий момент, если подводить к ней электрический ток, и генератором, вырабатывающим электрический ток, если приво­дить ее во вращение. Этот принцип позволил англичанину Лэдду в 1867 г. создать самовозбуждающийся генератор – прототип современных машин постоянного тока.

В 1877 г. бельгийский физик З. Грамм построил генератор переменного тока, а М. О. Доливо-Добровольский в 1889 г. создал первый в мире трехфазный асинхронный двигатель.

Одновременно с созданием мощных электрических двигателей, необходимых для тяги, изучалась возможность питания подвиж­ного состава от стационарных генераторов, расположенных на электрических станциях.

Решение этой проблемы было настолько трудным, что некото­рые инженеры искали его в другом направлении, предлагали использовать паровую машину паровоза для выработки электри­ческой энергии, которой бы питались его тяговые двигатели. Так, в 1893 г. во Франции появился первый паровоз с электри­ческой передачей. На нем были установлены обычный котел и паровая машина, вращающая генератор, от которого питались восемь тяговых двигателей общей мощностью 300 кВт. Двигатели имели тяговую упругую передачу и полый вал. Однако из-за сложности конструкции и малой экономичности такая система автономной тяги развития не получила.

Первые опыты по передаче электрической энергии на значи­тельное расстояние были проведены в 1875–1876 гг. инженером Ф. А. Пироцким, который в 1876 г. практически решил проблему питания электрического двигателя, установленного на вагоне, использовав для этого участок конной железной дороги в Петер­бурге. Двигатель, подвешенный к вагону снизу, имел двухступен­чатую зубчатую передачу. Напряжение к нему подводилось по рельсам, из которых один служил прямым проводом, другой – обратным. Рельсы были изолированы один от другого, а для изоляции от шпал под их подошву укладывалось просмолен­ное полотно. Развитию электрической тяги способствовала демонстрация в 1891 г. М. О. Доливо-Добровольским первой в мире электропередачи трехфазного тока высокого напряжения на расстояние около 170 км.

Первая электрическая железная до­рога демонстрировалась в 1879 г. фирмой "Siemens und Halske" на промышленной выставке в Берлине. Электровоз мощностью 2,2 кВт, получав­ший питание с напряжением 150 В от специального третьего рельса, пере­возил три вагончика с 18 пассажи­рами. Этот принцип передачи энергии наряду с подводом ее при помощи контактного провода существует и до сих пор, в частности на метрополитенах.

В 1880 г. в Петербурге инже­нер Ф. А. Пироцкий оборудовал 40-местный вагон конно-железной до­роги электродвигателем мощностью 2,95 кВт и проводил опытные поезд­ки.

Электрическая тяга оказалась очень эффективной. Вскоре во многих городах мира появились электрические локомотивы на магистральных и пригородных железных дорогах многих стран.





Дата добавления: 2015-01-29; просмотров: 158 | Нарушение авторских прав


Похожая информация:

© 2015-2017 lektsii.org.

Ген: 0.084 с.