Crearea unui motor cu aplicație practică - istoria invenției și de dezvoltare

inducție electromagnetică mașină electrică

Începutul etapei de dezvoltare a motoarelor electrice (1834-1860 gg.) Caracterizat prin predominanța structurilor cu o mișcare de rotație este în mod clar ancore pol. Cuplul de pe arborele astfel de motoare, în general, a fost brusc pulsatorii. Lucrarea cea mai caracteristică și esențială pentru construcția motoarelor electrice de acest fel aparțin fizicianul român și BS academician Jacobi. care în 1934 a dezvoltat una dintre cele mai avansate și primul motor electric care funcționează de la o baterie de curent continuu, în care a fost pus în aplicare principiul rotației directe a părții în mișcare a motorului. Studiind proiectarea motoarelor electrice ale predecesorilor săi, în care cu piston alternativ sau de balansare de mișcare a armăturii a fost efectuată, Jacoby a spus unul dintre ei, că „un astfel de dispozitiv nu este mai mult decât o jucărie distractiv pentru îmbogățirea birourilor fizice“, și că „nu poate fi utilizat în pe scară largă cu orice avantaj economic „- așa că a îndreptat atenția către construirea unui motor electric mai puternic pentru mișcarea de rotație a ancorei.

motor Jacobi a constat din două grupuri de electromagneți. schimba în mod alternativ polarități de electromagneți au avut loc prin deplasarea unui comutator special. Motorul a fost echipat cu două grupuri de electromagneți în formă de U, una dintre ele amplasate pe cadru staționar. Sfaturi de poli au fost aranjate asimetric, adică, alungită într-o singură direcție. Arborele motorului este alcătuit din două discuri paralele de aramă, care sunt conectate prin patru electromagneți dispuse la o distanță egală unul față de celălalt. În timpul rotirii arborelui împotriva polii magneții au fost în mișcare electromagneți. Principiul acestui dispozitiv este folosit în unele motoare moderne. Puterea motorului este de numai 15 W, cu o viteză a rotorului de 80-120 rot / min. În timp ce motorul Jacobi a fost o realizare tehnică importantă (Fig. 4).

Figura 4 - Vedere de ansamblu a motorului Jacobi lui

Această fază a istoriei apariției motoarelor electrice conectate cu un alt savant bine-cunoscut al timpului - T. Davenport. în 1837 pentru a dezvolta propriul design, motor alternativ. Munca sa a fost bazat pe rotația directă a armăturii, în care interacțiunea electromagneți mobile cu magneți permanenți fixe. motor Davenport a avut patru magneți dispuși transversal și fixate pe discul de lemn, care a fost asociat cu polul vertical. Patru magneți dispuși într-un inel de doi magneți permanenți realizate în formă de semicercuri - astfel de inel are doi poli: N și S.

În afară de construcție cu magneți pe un suport, plăcile de cupru plasate, separate printr-un mijloc izolat. electromagnet bobinaj a conectat în serie, iar capetele sale au contacte de primăvară. Motorul a fost pus în mișcare de interacțiunea dintre magneți permanenți și electromagneți, electromagneții polaritatea sa schimbat la intervale de timp corespunzătoare, sub influența energiei din comutatorul. În această construcție, au existat unele idei progresiste, care par să fi observat designerii de motoare electrice, inclusiv BS Jacobi.

In 1838, el a găsit un motor îmbunătățit (0,5 kw) la o barcă cu vâsle, care a fost testat pe Neve pentru a propulsa barca cu pasagerii a căror viteză a fost de 4,5 km / h. și anume A fost prima aplicare practică. stiri senzationale despre prima aplicare practică a electrice împrăștiate în întreaga lume.

Teste motoare Jacobi montate pe barca a constatat că prin alimentarea cu curent electric de la baterii electrochimice de energie mecanică obținută prohibitiv; motoare neeconomice extreme a fost recunoscută ca o consecință - în acest stadiu de dezvoltare a ingineriei electrice. Trebuie remarcat, totuși, că un dezavantaj major de baterii electrochimice este conținutul lor redus de energie (adică, de mică putere pe unitatea de greutate), impune utilizarea unui număr foarte mare de baterii, ceea ce este inacceptabil pentru mai multe unități de transport. De exemplu, în barca 320 primele celule electrochimice Jacobi a fost stabilită.

Astfel, testarea diferitelor modele de motoare electrice a condus BS Jacoby și alți cercetători de la următoarele concluzii:

- utilizarea motoarelor electrice este direct proporțional cu reducerea prețului energiei electrice, și anume prin crearea de generator de mai economic decât celulele galvanice;

- Motoarele trebuie să aibă dimensiuni cât mai mici posibil, și dacă este posibil, mai multă putere și o mai mare eficiență.

Cu toate acestea, este clar că toate aceste experimente au fost pur simbolice, și până în prezent nu a fost încă inventat și pus în producție un perfect generatoare electrice, motoare electrice nu a putut găsi utilizarea pe scară largă ca să le hrănească de la baterie a fost prea scump și neprofitabil.

Deoarece motoarele electrice (fig. 5) primirea motorului practice de aplicare ar trebui să fie remarcat inginerul francez Frohman, se aplică în imprimarea. În timp ce majoritatea operațiunilor de producție în imprimare a fost efectuată fie manual, fie pe un mașini acționate manual. Apariția unor prese de imprimare mari necesită unitatea de motor. Pentru o mașină de imprimare mare, imprimare de rutină pentru timpul lucrat de aceeași periodic, mai degrabă decât pentru întreaga zi de lucru, a fost mai ușor de utilizat un motor electric. Solenoids de acest motor sunt dispuse pe un cerc (șase perechi, în figură superioare două perechi îndepărtate pentru a arăta mai bine indusul motorului cu plăci de fier atrag și se resping electromagneți).

Figura 5 - Vedere generală a Frohman motorului

Toate motoarele discutate mai sus funcționează pe principiul atracției reciproce și repulsia magneți sau electromagneți. Acestea au fost echipate cu ancore de formă simplă a unei tije cu o înfășurare; astfel ancore tija sunt în mod clar pol. Aceste motoare sunt caracterizate de dezavantaje semnificative. Cele mai grave dintre ele este mari dimensiuni ale mașinii la putere relativ scăzută, disipare magnetice mari și k redus. N. D. In plus, cuplul pe arborele de motoare diferite de volatilitate și datorită acțiunii alternativ atractiv și ancore tija respingătoare a acestor motoare era sacadat mai mult sau mai puțin. Cu astfel de schimbări drastice și frecvente ale cuplului pe arborele utilizării motorului a acestuia în sistemul electric nu este foarte promițătoare.

60-e din secolul al XIX-lea. considerat a fi a treia etapă în istoria de dezvoltare a motorului. Această perioadă se caracterizează prin dezvoltarea motoarelor cu o armătură inelară și un cuplu neyavnopolyusnym cu uniformitate ridicată.

Figura 6 - Modelul motorului Pachinotti

Ideea de armatură inelară a fost resuscitat de zbor de aproximativ 10. ZT Gram. care a construit o mașină cu un inel. Drum de ancorare, care este un conductor de lucru constituind bobina, a fost inventat abia în 1872 W. Siemens. După 10 ani în ancore de fier au fost caneluri pentru înfășurare (1882). Drum ancora mașină DC a devenit ceea ce putem vedea în acest moment.

Deci, această etapă se caracterizează prin dezvoltarea de motoare electrice și deschiderea utilizării industriale a principiului auto-excitație, în legătură cu ceea ce a fost în cele din urmă a realizat și a formulat principiul reversibilității mașinii electrice. Motoarele electrice a fost făcută dintr-o sursă mai ieftină de energie electrică - generatorul electromagnetic VDC.

În 1886, motorul de curent continuu are principalele caracteristici ale design modern. Mai târziu, el a devenit mai mult și mai mult îmbunătățită.

Curând Tesla motor de inducție a fost reproiectat în mod semnificativ îmbunătățit și electricianul românesc Dolivo-Dobrovolsky.

Prima inovație importantă este introdus Dolivo-Dobrowolski într-un motor cu inducție, un rotor a fost înfășurat „sub forma unei colivie“. In toate modelele anterioare de rotoare cu motor asincron au fost foarte succes, și, prin urmare, eficiența acestor motoare a fost mai mică decât cea a altor tipuri de motoare electrice. Astfel, Ferraris, am menționat mai devreme, a creat motor cu inducție de curent alternativ cu o eficiență de aproximativ 50%, și este considerat limita. Foarte mare importanta este aici materialul de construcție pentru rotor, deoarece trebuia să se întâlnească o dată cele două condiții au o rezistență electrică redusă (la curenți induși poate curge liber prin suprafața sa) și au permeabilitate magnetică bună (la energia câmpului magnetic este de a nu pierde inutil) . Din punctul de vedere al reducerii rezistenței electrice a celei mai bune soluții constructive ar putea fi rotorul ca un cilindru de cupru. Dar conductor de cupru slab pentru fluxul magnetic și un stator, eficiența motorului foarte scăzută. În cazul în care cilindrul de cupru a fost înlocuit cu un oțel, fluxul magnetic este brusc a crescut, dar din moment ce conductivitatea electrică a devenit mai mică decât cea a cuprului, randamentul a fost redus din nou. Dolivo-Dobrovol'skii a găsit o cale de ieșire din această contradicție a îndeplinit rotorul sub forma unui cilindru de oțel (care reduce rezistența magnetică). La piesele de capăt ale acestor bare ale rotorului sunt conectate electric unul cu celălalt (NO în sine). Dolivo decizie-Dobrowolski dovedit bine. După ce a primit în 1889 un brevet pentru un rotor, structura sa nu sa schimbat fundamental până în prezent.

După aceea Dolivo-Dobrovolsky a început să se gândească la proiectarea statorului - partea staționară a motorului. designul lui Tesla părea să-l irațional. Deoarece randamentul motorului electric depinde de rotor cât de plin este utilizat câmpul magnetic al statorului, apoi, în consecință, o mai mare liniile de stator magnetic scurtcircuitat la aer (adică, nu trec prin suprafața rotorului), cele mai mari linii de stator magnetic scurtcircuitat la aer (adică nu trec prin suprafața rotorului), cu atât mai mare pierderea de energie electrică și eficiență mai mică. Pentru a evita acest lucru, jocul dintre rotor și stator trebuie să fie cât mai mic posibil. Tesla Motors, din acest punct de vedere a fost departe de a fi perfectă - proeminente bobine pe polii statorului creează prea mare un decalaj între stator și rotor. Mai mult decât atât, în motor de curent alternativ a fost mișcare uniformă imposibilă a rotorului. Pe această bază, Dolivo-Dobrovolsky a văzut în fața lui două sarcini: de a crește eficiența motorului și pentru a atinge o mai mare uniformitate a activității sale.

Prima sarcină a fost simplu - a fost suficient pentru a elimina polii proeminente ale unui electromagnet, și să le distribuie în întreaga circumferință a înfășurarea statorului a eficienței motorului a crescut la o dată. Dar cum să rezolve a doua problemă? Neuniformitatea rotației poate fi redus semnificativ doar prin creșterea numărului de faze doi și trei. Dar a fost acest mod rațional? Ia un curent trifazat, așa cum sa menționat deja, nici o mare dificultate. Construiește un motor cu trei faze, de asemenea, nu a fost dificil - este suficient pentru a plasa pe bobinele statorului trei în loc de două, și fiecare dintre ele pentru a conecta cele două fire la bobina generatorului corespunzător. Acest motor a fost în toate privințele să fie mai bun decât motorul cu două faze de Tesla, cu excepția unui singur lucru - este necesar pentru șase fire sale de putere în loc de patru. Astfel, sistemul devine excesiv de voluminoase și costisitoare. Dar, poate, a fost posibil să se conecteze motorul la generatorul într-un fel diferit?

Dolivo-Dobrovolsky a petrecut nopți nedormite peste circuitele de circuite multifazice, desenând și mai noi opțiuni. Și, în cele din urmă, decizia, o neașteptată și ingenioasă în simplitatea ei, a fost găsit. Într-adevăr, dacă facem o ramură din trei puncte ale armăturii de inel a generatorului așa cum se arată în figură, și să le conecteze la cele trei inele, care culisează pensula, dar rotirea armăturii între polii de pe fiecare perie va fi indusă de către unul și același curent magnitudine, dar cu o schimbare de timp care este necesară pentru a se cotiti mutat de-a lungul unui arc de cerc care corespunde unui unghi de 120 de grade. Cu alte cuvinte, curenții din circuit vor fi deplasate una în raport cu cealaltă în fază de 120 de grade, de asemenea. Dar acest sistem de curent trifazat a fost inerent într-o altă caracteristică foarte interesantă, unii au avut nici un alt sistem de curenți multifazice - în orice moment de timp, suma curenților care curg în aceeași direcție, este aici valoarea celui de al treilea curent, care curge în direcția opusă, și suma tuturor celor trei curenți în orice moment dat este egal cu zero. Prin urmare, posibilitatea de a folosi fiecare dintre cele trei fire ca conductă de descărcare pentru celelalte două conectate în paralel, și în loc de șase fire fac toate trei!

primele trei faze motor asincron Dolivo-Dobrovolsky construit în timpul iernii 1889. Așa cum ea inelar stator armătură mașină de curent continuu a fost utilizat cu 24 jumătăți de canal. Erori Tesla Date fiind Dolivo-Dobrovol'skii dispersate înfășurările lor în fantele din întreaga circumferință a statorului, o distribuție mai favorabilă a câmpului magnetic. Rotorul a fost cilindric cu înfășurări sub forma unei colivie. " Întrefierul dintre rotor și stator a fost de numai 1 mm, care la acel moment a fost o soluție îndrăzneață, deoarece a făcut în mod tipic decalaj mai lung. Lansete „colivie“ nu a avut nici izolație.

Generatorul standard de curent continuu, convertite în generator de curent alternativ trifazat a fost folosit ca o sursă de curent trifazat. Impresia făcută de prima pornire a motorului pentru a ghida AEG, a fost enormă.

Pentru mulți, a devenit evident că drumul lung spinoasă a crea industriale motor în cele din urmă a trecut prin. Potrivit motoarelor sale tehnice de performanță Dolivo-Dobrovolsky superioară tuturor motoarelor existente, atunci - având o eficiență foarte ridicată, ele sunt excelente pentru toate modurile să fie fiabile și ușor de manevrat. De aceea, ei au devenit imediat pe scară largă în întreaga lume.

Din acel moment a început adoptarea rapidă a motoarelor electrice în toate sferele de producție și de electrificare pe scară largă a industriei.