Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Михаил Осипович Доливо-Добровольский (21 декабря 1861 (2 января 1862), Гатчина -- 15 ноября 1919, Гейдельберг) -- известный российский электротехник польско-русского происхождения, один из создателей техники трёхфазного переменного тока.

1. Биография и общий обзор деятельности

Михаил Осипович родился в Петербурге в 1862 г. В 1872 году семья М.О. Доливо-Добровольского переехала в Одессу, и он поступил в Одесское реальное училище. Блестяще окончив курс реального училища, он поступил в Рижский политехнический институт, решив посвятить себя деятельности инженера-механика. Своё обучение в высшей школе М.О. Доливо-Добровольский начал в 1880 г.; студенчество в это время было весьма активно политически, и М.О. Доливо-Добровольский принимал непосредственное участие в деятельности студенческих революционных кружков. За участие в "беспорядках", связанных с мартовскими событиями 1881 г., М.О. Доливо-Добровольский был исключён из числа студентов без права поступления в какое-либо русское высшее учебное заведение.

Двери высшей школы на родине закрылись перед М.О. Доливо-Добровольским на неопределённое время, и у него оставался один выход - поступить в одну из заграничных высших технических школ. В это время электротехника уже зародилась как самостоятельная новая отрасль техники, а трудами наших соотечественников Яблочкова, Чиколева и Лодыгина получила ряд многообещающих и широких практических применений. Электротехникой заинтересовался М.О. Доливо-Добровольский ещё в Рижском политехническом институте, и при решении вопроса о том, куда переходить после репрессий, которым он подвергся в России, он остановился на Дармштадтском высшем техническом училище. С осени 1881 г. по 1884 г. М.О. Доливо-Добровольский обучался на машиностроительном факультете в Дармштадте, изучая специально электротехнику.

Дармштадте во главе электротехнического отделения стоял тогда известный электротехник, проф. Э. Китлер, под руководством которого получали образование многие поколения электротехников, большей частью немецких, но часто принадлежавших к другим национальностям. К нему, в числе последних, попал и Михаил Осипович.

И в высшей школе, и в первые годы после ее окончания Доливо-Добровольский особенно интересовался электрохимией. В этой области электротехники и были сделаны первые его работы, обратившие на молодого русского инженера внимание немецких профессоров. Доливо-Добровольский был оставлен при институте ассистентом и в нем начал свою научную деятельность. Впоследствии он перешел на работу на швейцарский завод Эрликон, бывший одним из передовых электротехнических заводов того времени, а затем поступил на службу в немецкую Всеобщую компанию электричества (AEG), в которой и протекла вся его последующая деятельность. Находясь в этом Обществе, Доливо-Добровольский выполнил свои знаменитые работы по трехфазному току, давшие мировую известность автору и произведшие мировой переворот в технике использования и передачи электрической энергии.

Несмотря на вынужденный выезд из России, Доливо-Добровольский никогда не порывал связи со своей родиной и при каждой возможности приезжал в Россию, где поддерживал тесные отношения с русскими электротехниками, участвуя, в частности, в собраниях Технического общества, а впоследствии в электротехнических съездах.

При основании Петербургского политехнического института он был привлечен к разработке плана Института и намечался к назначению деканом электромеханического факультета. Однако, семейные и деловые обстоятельства не позволяли ему покинуть Германию и переехать в Петербург. Все же он сохранял связи с Институтом и, в частности, передал ему всю свою ценнейшую электротехническую библиотеку.

Как было сказано, первые научные работы Михаила Осиповича относятся к области электрохимии. Изобретение аккумуляторов и успехи первых заводских применений электролиза для металлургических целей привлекали в начале 80-х годов XIX в. внимание многих ученых и изобретателей. Доливо-Добровольский, начав учиться в Дармштадте, тоже увлекся этой отраслью электротехники. Его первые научные работы, о которых в середине 80-х годов помещались сообщения в журнале «Электричество», все были посвящены вопросам электрохимии, причем во всех случаях молодой автор не стеснялся в высказывании своих взглядов.

Михаил Осипович не долго сосредоточивает свое внимание на одной электрохимии. Скоро он начал работать и над другими вопросами электротехники. Работая на электротехнических заводах, Доливо-Добровольский стал заниматься вопросами электротехнических измерений, в частности, он разработал особый вид электромагнитных амперметров и вольтметров, которые выпускались немецкой фирмой «Всеобщая компания электричества» и очень широко применялись для измерений как постоянных, так и переменных токов.

Позже Доливо-Добровольский применял для устройства измерительных приборов принцип двигателя с вращающимся магнитным полем переменного тока. На этом принципе устроены его ваттметры, фазометры и частотомеры. Приборы эти отличались простотой, выносливостью и получили в свое время широкое применение в качестве приборов для распределительных щитов на электрических станциях. И теперь этот принцип применяется в целом ряде электрических приборов, используемых для самых разнообразных целей.

Работая над расчетами и проектами электрических генераторов, Доливо-Добровольский видел, какое значение для расчетов имеет точное знание величины потерь от паразитных токов и гистерезиса, именно, в листах стали, которая применялась для изготовления сердечников машин и трансформаторов. Для скорого и простого получения этих данных он разработал простой прибор, требовавший для производства измерений только небольшого количества испытуемого материала и дававший возможность определять искомые потери в этом материале помощью наблюдений показаний обычных электроизмерительных приборов -- ваттметра и амперметра. Прибор Доливо-Добровольского был прототипом тех приборов, которые и до сих пор широко применяются в измерительной технике под именем приборов Эпштейна.

Большое значение в электротехнике приобрел изобретенный Доливо-Добровольским способ деления напряжения постоянного тока при применении так называемой «трехпроводной» системы распределения, основанный на применении индукционной катушки, названной Доливо-Добровольским «делителем напряжения».

Доливо-Добровольский работал еще над целым рядом других вопросов, связанных с построением электрических машин. Все эти работы имели в свое время большое влияние на направление развития электромашиностроения и привлекали к себе внимание электротехников всех стран.

Работы М.О. Доливо-Добровольского много способствовали установлению правильных взглядов на различные явления, происходящие в динамомашинах, развитию теории машин и их усовершенствованию.

Умер Михаил Осипович в 1919 г., когда молодая Советская республика была отрезана от всего мира. Поэтому его смерть осталась неотмеченной на родине. Лишь после его смерти память его почтили как специальными сообщениями в технических обществах, так и статьями в журналах.

2. Основные изобретения в области электротехники

2.1 Трёхфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором типа «беличья клетка»

Весной 1889 г. был построен первый трехфазный асинхронный двигатель мощностью около 100 Вт (рис. 1). Этот двигатель питался током от трехфазного одноякорного преобразователя и при испытаниях показал вполне удовлетворительные результаты.

Поражает конструктивная законченность первых асинхронных электродвигателей Доливо-Добровольского. Стержни «беличьей клетки» он предлагает делать неизолированными, сердечник ротора -- массивным или шихтованным, стержни по торцам он соединил короткозамыкающими кольцами, для статора впервые ввел полузакрытые пазы.

добровольский трёхфазный короткозамкнутый ротор

Вот как описывал изобретатель впечатление от первого двигателя: «Уже при первом включении выявилось ошеломляющее для представителей того времени действие.. Электродвигатель, ротор которого имел диаметр около 75 мм и длину также около 75 мм и не обладал никакими особыми присоединениями к сети, мгновенно стал вращаться на полное число оборотов и был совершенно бесшумным. Попытка остановить его торможением за конец вала от руки блестяще провалилась, и только при особой ловкости было возможно воспрепятствовать таким способом его запуску при включении... Если принять во внимание малые размеры моторчика, это представлялось чудом для всех приглашенных свидетелей».
Вслед за первым одноякорным преобразователем был создан второй, более мощный, а затем началось изготовление трехфазных синхронных генераторов. Уже в первых генераторах применялись два основных способа соединения обмоток: в звезду и треугольник. В дальнейшем Доливо-Добровольскому удалось улучшить использование статора с помощью широко применяемого в настоящее время метода, заключающегося в том, что обмотку делают разрезной и противолежащие катушки соединяют встречно.
Важным достижением Доливо-Добровольского явилось также то, что он отказался от выполнения двигателя с выступающими полюсами и сделал обмотку статора распределенной по всей его окружности, благодаря чему значительно уменьшилось магнитное рассеяние по сравнению с двигателями Тесла. Так трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором получил современные конструктивные формы. Вскоре Доливо-Добровольским было внесено еще одно усовершенствование, кольцевая обмотка статора была заменена барабанной. После этого асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором приобрел современный вид.

Новое затруднение в развитии трехфазной техники возникло в связи с ограниченной мощностью первых источников энергии, как отдельных генераторов, так и электростанций в целом. Дело в том, что пусковой ток асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором может в несколько раз превышать номинальный, и поэтому включение двигателей мощностью свыше 2--3 кВт уже отражалось на работе других потребителей.

М.О. Доливо-Добровольский в 1890 г. изготовил двигатель с короткозамкнутым ротором мощностью примерно 3,7 кВт и при первом же испытании установил значительное ухудшение пусковых свойств. Причина этого заключалась в том, что короткозамкнутый ротор был «слишком замкнут накоротко». При увеличении "сопротивления обмотки ротора пусковые условия заметно улучшались, но рабочие характеристики двигателя ухудшались. Анализ возникших затруднений привел к созданию так называемого фазного ротора, то есть такого, обмотка которого делается, подобно обмотке статора, трехфазной и концы которой соединяются с тремя кольцами, насаженными на вал. С помощью щеток эти кольца соединяются с пусковым реостатом. Таким образом, в момент пуска включается в цепь ротора большое сопротивление, которое выводится по мере нарастания частоты вращения. На рис 2 взятом из доклада Доливо-Добровольского на первом Всероссийском электротехническом съезде 1899 г.), показана принципиальная конструкция двигателя. Но фазный ротор требовал устройства на валу контактных колец, а это рассматривалось многими электротехниками как недостаток по сравнению с короткозамкнутым ротором, не имевшим никаких трущихся контактов. Однако с этим недостатком пришлось мириться, и, несмотря иа то, что впоследствии были разработаны различные меры по улучшению условий пуска крупных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, двигателя с контактными кольцами применяются в промышленности до настоящего времени.

2.2 Искрогасительная решётка для выключателей

Ток в выключателе прекращается тем скорее, чем быстрее убираются из пространства между его контактами носители электрических зарядов -- ионы. Вообще говоря, ионы мало живучи. Они теряют свои заряды и превращаются в нейтральные молекулы, оседая на поверхностях металлов или изоляторов. Этот процесс исчезновения ионов называется деионизацией. Чтобы ее ускорить и ряд изолированных, отстоящих на несколько миллиметров одна от другой стальных пластин.

Впервые подобную конструкцию предложил М.О. Доливо-Добровольский улучшить, между контактами выключателя помещают стальные пластины, целый в 1912 г. Он назвал этот набор изолированных пластин искрогасительной решеткой. Доливо-Добровольский построил несколько образцов своих выключателей. Они были испытаны и показали хорошие результаты. Но в то время мощность элек трических установок была еще невелика. Не представляло затруднений отключать и рабочие, и аварийные токи при помощи более простых выключателей.

Через два десятилетия мощности и токи в электрических сетях значительно возросли, и тогда электрики вспомнили о предложении Доливо-Добровольского. Выключатели с решетками Доливо-Добровольского выпускаются электропромышленностью Советского Союза. В настоящее время эти решетки обычно называют деионными.

При расхождении контактов выключателя магнитные и тепловые силы увлекают электрическую дугу внутрь деионной решетки. Дуга разрывается на множество отдельных коротких дуг. Стальные пластины энергично отсасывают из дуги заряженные частицы. Деионная решетка облегчает разрыв тока. Такие решетки применяются и в масляных, и в воздушных выключателях (рис. 3). Можно разбивать дугу на части не только деионной решеткой. Иногда включают последовательно одну за другой несколько пар контактов, и при отключении тока все эти контакты одновременно разводят. На каждую пару контактов приходится при разрыве только часть полного напряжения сети. Выключатели с многократным разрывом применяются для самых высоких напряжений и для самых больших мощностей.

2.3 Делитель напряжения

Большое значение в электротехнике приобрел изобретенный Доливо-Добровольским способ деления напряжения постоянного тока при применении так называемой «трехпроводной» системы распределения, основанный на применении индукционной катушки, названной Доливо-Добровольским «делителем напряжения». Как известно, расширению сетей постоянного тока больше всего препятствовала невозможность при постоянном токе применять в сетях, в которых имеются лампы накаливания, сколько-нибудь высокое напряжение. Действительно, в этих сетях напряжение должно быть то же, что и в приемниках, а так как лампы накаливания изготовлялись для напряжений не выше 110-220 в, то и в сетях нельзя превосходить этих напряжений. Между тем, даже при напряжении около 220 в радиус района сети не мог превышать 1-1,5 км. При большом увеличении района размеры потерь делают электроснабжающую установку неприемлемой, особенно с экономической точки зрения, так как для сколько-нибудь удовлетворительного горения ламп провода должны применяться большого диаметра и, следовательно, требуют применения больших количеств меди. Так называемая «трехпроводная система» до некоторой степени устраняла этот недостаток постоянного тока, позволяя удваивать напряжение у зажимов питающего генератора и в распределительной сети путем включения между проводами по две лампы последовательно и применения третьего «уравнительного» провода малого сечения, соединяющего между собой общие зажимы ламп. Для того, чтобы такая система могла удовлетворительно работать, т. е. чтобы каждая лампа всегда получала половину общего напряжения сети, для уравнения напряжений в этих половинах включали обычно в питающую сеть или специальные машины «уравнители», или агрегаты из двух машин, валы которых прочно связывались между собой. Применение таких вращающихся уравнительных машин влекло за собой много затруднений при эксплоатации систем и заставляло иногда отказываться от применения трехпроводной системы. Доливо-Добровольский, работавший много с переменными токами, придумал заменить вращающиеся машины одной неподвижной индукционной катушкой на железном сердечнике. Он учел то обстоятельство, что в генераторах постоянного тока ток выпрямляется только коллектором, в обмотках же якоря он остается переменным. Таким образом, если концы обмотки якоря присоединить к катушке с большим коэффициентом самоиндукции, то эта катушка представит большое сопротивление прохождению переменного тока, в то же время самоиндукция не будет мешать прохождению постоянного тока, снабжая якорь, кроме коллектора, двумя контактными кольцами, и поэтому, включая надлежащим образом такую катушку через кольца между концами обмотки якоря и присоединяя к середине ее обмотки третий провод системы (рис. 4), можно добиться деления напряжения, а также постоянства напряжения в двух половинах трехпроводной системы, не прибегая к вращающимся механизмам.

«Делитель» Доливо-Добровольского, как простое в эксплуатации и экономичное приспособление, получил очень широкое распространение в установках постоянного тока, и его применение стало более редким лишь после того, как трехфазный ток почти целиком вытеснил постоянный и трехпроводная система постоянного тока потеряла свое значение. Таким образом, одно изобретение Доливо-Добровольского было вытеснено другим его же изобретением.

Заключение

М.О. Доливо-Добровольский положил много труда для научно-технической пропаганды применений трёхфазного переменного тока. Посредством бесед, научных диспутов, докладов и монографий он добился того, что у него в этом деле не осталось идейных противников. Те, кто лично знал М.О. Доливо-Добровольского, свидетельствуют, что он серьёзно относился к обоснованным возражениям и всегда готов был усвоить то полезное, что исходило от оппонентов. Но к необоснованным возражениям он относился с уничтожающей иронией, разбивая своих слишком лихих противников глубоко саркастическими замечаниями, облечёнными при этом в исключительно корректную внешнюю форму. Среди электротехников он был известен как бескорыстный консультант, много помогавший своими советами всем, а особенно молодым инженерам.

Список литературы

1. Доливо-Добровольский Михаил Осипович, Большая советская энциклопедия, 1969--1978

2. Электронная библиотека по энергетике: Очерки по истории электротехники (6.2. Трехфазная система и асинхронный двигатель)

3. Шнейберг Я.А. Основоположник современной электроэнергетики, Энергоэксперт, 2009, № 4.

4. Угримов Б.И., Пятьдесят лет трёхфазного тока, "Электричество", 1940, № 1

5. Белькинд Л.Д., М.О. Доливо-Добровольский. К 25-летию со дня смерти, "Электричество", 1945, № 3.

6. Люди русской науки, Очерки о выдающихся деятелях естествознания и техники, Под ред. С.И. Вавилова 1948.

Размещено на Allbest.ru