Вариант 9.

Тема 2. Вопрос 9.

В развитии электрогенераторов постоянного тока можно условно выделить 4 этапа. Первый этап (1831- 1851) характеризуется созданием электрогенераторов с возбуждением от постоянных магнитов. Такие генераторы получили в то время название магнитоэлектрических машин.  Открытие Фарадеем в 1831 г. явления электромагнитной индукции указало новый способ получения электрического тока, который нашел свое практическое воплощение в первом униполярном генераторе - диске Фарадея.  Впервые приспособление для выпрямления тока в попеременно-полюсной машине (в отличие от униполярной машины Фарадея, которая не нуждалась в устройстве для выпрямления тока, так как давала непосредственно постоянный ток) было применено в сентябре 1832 г. в генераторе братьев Пиксии. Первым генератором, получившим практическое применение, был магнитоэлектрический генератор Б. С. Якоби.  Он построил его в 1842 году и назвал  " магнитоэлектрической батареей”. В 1849 г. профессор физики Брюссельской военной школы Нолле принялся за построение большой магнитоэлектрической машины, которая могла бы обеспечить в значительных масштабах электролиз воды для получения кислорода и водорода. Он исходил из конструкции обычных в то время магнитоэлектрических генераторов, но отказался от увеличения размеров магнита или скорости вращения катушек, а пошел по проторенному пути комбинирования в один агрегат большего числа отдельных машин. Здесь еще раз нашла свое отражение отмеченная выше тенденция удовлетворять потребности практики путем увеличения числа уже известных устройств. Работа Нолле была продолжена после его смерти ванМальдереном (Франция) и Хольмеом (Англия). К 1866 г. конструкция машины была разработана, а в Париже была организована электропромышленная компания «Альянс» для производства таких машин по названию фирмы получила свое наименование и новая машина. 

Второй этап в развитии электрического генератора постоянного тока условно можно обозначить периодом с 1851 по 1867 гг. Этот этап характеризуется  преимущественным конструированием генераторов с независимым  возбуждением, т. Е. с возбуждением электромагнитов от независимого постороннего источника тока, что способствовало значительному улучшению постоянства работы генераторов и уменьшению их относительной массы.В качестве примера конструкции генератора с электромагнитами, обмотка которых питалась током от независимого источника, может быть указан генератор англичанина Генри Уайльда (1863 г.). Этот генератор имел П-образный электромагнит, обмотка которого питалась током от отдельного возбудителя (небольшой магнитоэлектрический генератор). 

После 1867 г с открытием принципа самовозбуждения в развитии электрического генератора начался третий этап. Хотя принцип самовозбуждения получил широкую известность только после 1867 г., когда почти одновременно в разных странах были построены генераторы с самовозбуждением, однако впервые этот принцип был сформулирован еще в начале 50-х годов. Датский изобретатель С. Хиорт, пытаясь применить электродвигатель на железнодорожном транспорте, занимался разработкой различных конструкций электрических машин. В 1852 г. Хиорт пришел к идее самовозбуждения, а в 1854 г. он взял английский патент на машину с самовозбуждением.

Событием, революционизировавшим развитие электрической машины, положившим начало промышленной электротехнике, явилось объединение принципа самовозбуждения с конструкцией кольцевого якоря. Первой машиной, в которой это было осуществлено, является генератор французского изобретателя (бельгийца по происхождению) Т. Грамма.

 ИЗОБРЕТЕНИЕ САМОВОЗБУЖДАЮЩЕГОСЯ ГЕНЕРАТОРА С КОЛЬЦЕВЫМ ЯКОРЕМ

Разработка самовозбуждающихся  генераторов с кольцевыми  системами составила  основное содержание четвертого этапа в развитии  электрических генераторов.

Тема 3. Вопрос 10.

На гидроэлектростанции в Лауфене энергия, развиваемая турбиной, передавалась через коническую зубчатую передачу на вал трехфазного генератора 230 кВ, 150 об/мин, соединение обмоток в звезду. От генератора медные шины вели к распределительному щиту. На последнем были установлены амперметры и вольтметры, свинцовые предохранители и максимально-минимальные токовые реле, воздействовавшие на цепь возбуждения.

В Лауфене и Франкфурте находилось по три трехфазных трансформатора с магнитопроводом призматической формы. В начале испытаний на каждом конце линии было включено по одному трансформатору мощностью 150 кВА каждый, с коэффициентами трансформации 154 в Лауфене и 116 во Франкфурте. Поскольку приборов для измерения высокого напряжения не было, вторичное напряжение определяли простым умножением первичного на коэффициент трансформации. Трансформаторы были погружены в баки, наполненные маслом.

Трехпроводная линия была выполнена на деревянных опорах со средним пролетом около 60 м. Медный провод диаметром 4 мм крепился на штыревых фарфорово-масляных изоляторах. Интересной деталью линии являлась установка плавких предохранителей со стороны высокого напряжения. В начале линии в разрыв каждого провода был включен участок длиной 2,5 м, состоявший из двух медных проволок диаметром 0,5 мм каждая. Для отключения линии во Франкфурте посредством простого приспособления устраивалось трехфазное короткое замыкание, плавкие вставки перегорали, турбина начинала развивать большую скорость, и машинист, заметив это, останавливал ее.

Тема 4. Вопрос 1.

  Первой в мире эксплуатировавшейся трехфазной электростанцией была Лауфенская. После закрытия Франкфуртской выставки электростанция в Лауфене перешла в собственность города Хейльбронна, расположенного в 12 км от Лауфена. Эта установка была пущена в эксплуатацию в начале 1892 г. На гидростанции были установлены два одинаковых трехфазных синхронных генератора. Напряжение (фазное) при помощи трансформаторов повышалось с 50 до 5000 В. Электроэнергия использовалась для питания всей городской осветительной сети, а также ряда небольших заводов и мастерских. Понижающие трансформаторы устанавливались непосредственно у потребителей.

  В том же 1892 г. была сдана в эксплуатацию линия Бюлах-Эр-ликон (Швейцария). Машины для электростанции были спроектированы еще во время подготовки Франкфуртской выставки швейцарской фирмой «Эрликон». У водопада в Бюлахе была построена гидроэлектростанция с тремя трехфазными генераторами мощностью 150 кВт каждый. Электроэнергия передавалась на расстояние 23 км для электроснабжения завода. Вслед за этими первыми установками началось довольно быстрое строительство ряда электростанции, причем наибольшее их число было в Германии.

  Первая трехфазная установка в Америке была сооружена в конце 1893 г. и Калифорнии. Гидроэлектростанция располагала двумя генераторами мощностью по 250 кВт. Or электростанции были проведены две линии генераторного напряжении (2500 В). Первая из них длиной 12 км поставляла энергию для осветительных целей, а вторая длиной 7,5 км предназначалась для питания трехфазного асинхронного двигателя мощностью 150 кВг.

Тема 5. Вопрос 2.

    Основными типами тепловых электростанций являются: паротурбинные конденсационные (КЭС) и теплофикационные (ТЭЦ).

 Основными направлениями их развития всегда являлось укрупнение мощности устанавливаемого на них энергетического оборудования. 

Тема 6 . Вопрос 3. 

В развитии трансформаторов также можно выделить несколько характерных периодов.

Первый период (1830-1870 гг.) характеризуется развитием принципов трансформации; созданием индукционных приборов, преобразующих импульсы постоянного тока одного напряжения в импульсы тока другого напряжения.

Второй период (середина 70-х - середина 80-х гг.) характеризуется применением в сетях переменного тока индукционных катушек, которые представляли собой однофазный трансформатор с разомкнутым магнитопроводом. Первыми такими трансформаторами были индукционные катушки Яблочкова. В дальнейшем подобное применение трансформаторов с разомкнутым сердечником получило развитие в работах И.Ф. Усагина и Э.Д. Гиббса.

В 1882 г. во время Московской промышленной выставки лаборант Московского университета И.Ф. Усагин продемонстрировал устройство, показавшее, что предложенный П.Н. Яблочковым способ распределения электрической энергии с помощью индукционных катушек можно целиком применять для одновременного питания любого типа электрических приемников.

Новым шагом в использовании трансформаторов с разомкнутым сердечником для распределения энергии явилась "система распределения электричества для производства света и двигательной силы", запатентованная во Франции в 1882 г. Голяром и Гиббсом. Их трансформаторы предназначались не только для "дробления" энергии, но и для преобразования напряжения.

.

В течение третьего периода (с середины 80-х г. до начала становления трехфазных систем в 90-е г.) был разработан промышленный тип трансформатора с замкнутой магнитной системой, а также предложено параллельное включение трансформаторов.

Первая конструкция трансформатора с замкнутым сердечником была создана в Англии братьями Дж. и Эд. Гопкинсон. Сердечник был набран из стальных полос или проволок, разделенных изоляционным материалом, что снижало потери на вихревые токи. На сердечнике помещались, чередуясь, обмотки высшего и низшего напряжений.

Впервые предложение о параллельном включении обмоток трансформатора высказал Р. Кеннеди в 1883 г., но более всесторонне этот способ был обоснован венгерским электротехником М. Дери, который в 1885г. получил патент.

Такой трансформатор в нескольких модификациях (кольцевой, броневой и стержневой) был разработан в 1885г. венгерскими электротехниками О. Блатти, М. Дери и К. Циперновским, впервые предложившими и сам термин "трансформатор".

Важное значение для расширения области применения трансформаторов и улучшения надежности их работы стало введение в конце 80-х г. масляного охлаждения (Д. Свинберн). Первые такие трансформаторы помещались в керамический сосуд, наполненный керосином или маслом.

Тема 7 .Вопрос 4.

План ГОЭЛРО, рассчитанный на 10-15 лет, предусматривал строительство 30 районных электрических станций (20 ТЭС и 10 ГЭС) общей мощностью 1,75 млн. кВт. В числе прочих намечалось построить Штеровскую, Каширскую, Горьковскую, Шатурскую и Челябинскую районные тепловые электростанции, а также ГЭС - Нижегородскую, Волховскую( 1926 ), Днепровскую, две станции на реке Свирь и др. В рамках проекта было проведено экономическое районирование, выделен транспортно-энергетический каркас территории страны. Проект охватывал восемь основных экономических районов (Северный, Центрально-промышленный, Южный, Приволжский, Уральский, Западно-Сибирский, Кавказский и Туркестанский). Параллельно велось развитие транспортной системы страны (магистрализация старых и строительство новых железнодорожных линий, сооружение Волго-Донского канала).Предусматривались коренная реконструкция на базе электрификации всех отраслей народного хозяйства страны и преимущественно рост тяжёлой промышленности, рациональное размещение промышленности по всей территории страны. План был разработан по 8 основным экономическим районам (Северному, Центрально-промышленному, Южному, Приволжскому, Уральскому, Западно-Сибирскому, Кавказскому, Туркестанскому) с учётом их природных, сырьевых и энергетических ресурсов и специфических национальных условий. 

Тема 8. Вопрос 5.

Электроприемник - аппарат, агрегат, механизм, предназначенный для преобразования электрической энергии в другой вид энергии. Потребитель электроэнергии - один или группа электроприемников, объединенных технологическим процессом и размещающихся на определенной территории.