Первый электродвигатель


История создания электродвигателя

Электромеханика является относительно молодой, по историческим меркам, отраслью науки и техники.

1800, Вольта

Итальянский физик, химик и физиолог, Алессандро Вольта, первый в мире создал химический источник тока.

1820, Эрстед

Датский ученый, физик, Ханс Кристиан Эрстед, обнаружил на опыте отклоняющее действие тока на магнитную стрелку.

1821, Фарадей

Первый электродвигатель Фарадея, 1821 г.

Британский физик-экспериментатор и химик, Майкл Фарадей, опубликовал трактат "О некоторых новых электромагнитных движениях и о теории магнетизма", где описал, как заставить намагниченную стрелку непрерывно вращаться вокруг одного из магнитных полюсов. Эта конструкция впервые реализовала непрерывное преобразование электрической энергии в механическую. Принято считать ее первым электродвигателем в истории.

1822, Ампер

Французский физик, Андре Мари Ампер, открыл магнитный эффект соленоида (катушки с током), откуда следовала идея эквивалентности соленоида постоянному магниту. Среди прочего Ампер предложил использовать железный сердечник, помещенный внутрь соленоида, для усиления магнитного поля. В 1820 году им был открыт закон Ампера.

1822, Барлоу

Английский физик и математик, Питер Барлоу, изобрел колесо Барлоу, по сути, униполярный электродвигатель.

1825, Араго

Французский физик и астроном, Доминик Франсуа Жан Араго, опубликовал опыт показывающий, что вращающийся медный диск заставляет вращаться магнитную стрелку, подвешенную над ним.

1825, Стёрджен

Британский физик, электротехник и изобретатель, Уильям Стёрджен, в 1825 изготовил первый электромагнит, который представлял из себя согнутый стержень из мягкого железа с обмоткой из толстой медной проволоки.

Вращающееся устройство Йедлика, 1827/28 гг.

1827, Йедлик

Венгерский физик и электротехник, Аньош Иштван Йедлик, изобрел первую в мире динамо-машину (генератор постоянного тока), однако практически не объявлял о своем изобретении до конца 1850-х годов.

1831, Фарадей

Английский физик, Майкл Фарадей, открыл электромагнитную индукцию, то есть явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него. Формулировка закона электромагнитной индукции.

1831, Генри

Американский физик, Джозеф Генри, независимо от Фарадея обнаружил взаимоиндукцию, но Фарадей раньше опубликовал свои результаты.

1832, Пикси

Генератор постоянного тока Пикси

Француз, Ипполит Пикси, сконструировал первый генератор переменного тока. Устройство состояло из двух катушек индуктивности с железным сердечником напротив которых располагался вращающийся магнит подковообразной формы, который приводился в движение вращением рычага. Позже для получения постоянного пульсирующего тока к этому устройству был добавлен коммутатор.

Электродвигатель Стёрджена
Strurgejn's Annals of Electricity, 1836/37, vol. 1

1833, Стёрджен

Британский физик, Уильям Стёрджен, публично продемонстрировал электродвигатель на постоянном токе в Марте 1833 года в Аделаидской галерее практической науки в Лондоне. Данное изобретение считается первым электродвигателем, который можно было использовать.

1833, Ленц

В начале в электромеханике разграничивали магнито-электрические машины (электрические генераторы) и электро-магнитные машины (электрические двигатели). Российский физик (немецкого происхождения), Эмилий Христианович Ленц, опубликовал статью о законе взаимности магнито-электрических явлений, то есть о взаимозаменяемости электрического двигателя и генератора.

Май 1834, Якоби

Первый вращающийся электродвигатель. Якоби, 1834

Немецкий и русский физик, академик Императорской Санкт-Петербургской Академии Наук, Борис Семенович (Мориц Герман фон) Якоби, изобрел первый в мире электродвигатель с непосредственным вращением рабочего вала. Мощность двигателя составляла около 15 Вт, частота вращения ротора 80-120 оборотов в минуту. До этого изобретения существовали только устройства с возвратно-поступательным или качательным движением якоря.

1836 - 1837, Дэвенпорт

Проводя эксперименты с магнитами, американский кузнец и изобретатель, Томас Дэвенпорт, создает свой первый электромотор в июле 1834 года. В декабре этого же года он впервые продемонстрировал свое изобретение. В 1837 году Дэвенпорт получил первый патент (патент США №132) на электрическую машину.

1839, Якоби

Используя электродвигатель питающийся от 69 гальванических элементов Грове и развивающий 1 лошадиную силу, в 1839 г. Якоби построил лодку способную двигаться с 14 пассажирами по Неве против течения. Это было первое практическое применение электродвигателя.

1837 - 1842, Дэвидсон

Шотландский изобретатель, Роберт Дэвидсон, занимался разработкой электродвигателя с 1837 года. Он сделал несколько приводов для токарного станка и моделей транспортного средства. Дэвидсон изобрел первый электрический локомотив.

1856, Сименс

Немецкий инженер, изобретатель, ученый, промышленник, основатель фирмы Siemens, Вернер фон Сименс изобрел электрический генератор с двойным T-образным якорем. Он первый разместил обмотки в пазах.

1861-1864, Максвелл

Британский физик, математик и механик, Джеймс Клерк Максвелл, обобщил знания об электромагнетизме в четырех фундаментальных уравнениях. Вместе с выражением для силы Лоренца уравнения Максвелла образуют полную систему уравнений классической электродинамики.

1871-1873, Грамм

Бельгийский изобретатель, Зеноб Теофил Грамм, устранил недостаток электрических машин с двух-Т-образным якорем Сименса, который заключался в сильных пульсациях вырабатываемого тока и быстром перегреве. Грамм предложил конструкцию генератора с самовозбуждением, который имел кольцевой якорь.

1885, Феррарис

Итальянский физик и инженер, Галилео Феррарис, изобрел первый двухфазный асинхронный электродвигатель. Однако Феррарис думал, что такой двигатель не сможет иметь КПД выше 50%, поэтому он потерял интерес и не продолжал улучшать асинхронный электродвигатель. Считается, что Феррарис первым объяснил явление вращающегося магнитного поля.

1887, Тесла

Американец сербского происхождения, изобретатель, Никола Тесла, работая независимо от Феррариса, изобрел и запатентовал двухфазный асинхронный электродвигатель с явно выраженными полюсами статора (сосредоточенными обмотками). Тесла ошибачно считал что двухфазная система токов оптимальна с экономической точки зрения среди всех многофазных систем.

1889-1891, Доливо-Добровольский

Русский электротехник польского происхождения, Михаил Осипович Доливо-Добровольский, прочитав доклад Феррариса о вращающемся магнитном поле изобрел ротор в виде "беличьей клетки". Дальнейшая работа в этом направлении привела к разработке трехфазной системы переменных токов и трехфазного асинхронного электродвигателя, получившего широкое применение в промышленности и практически не изменившегося до нашего времени.

Широкое внедрение электромеханических устройств в России начинается после Октябрьской революции 1917 г., когда электрификация всей страны стала основой технической политики нового государства. Можно сказать, что XX век стал веком становления и широкого распространения электромеханики.

Выбор между двухфазной и трехфазной системой

Доливо-Добровольский справедливо считал, что увеличение числа фаз в двигателе улучшает распределение намагничивающей силы по окружности статора. Переход к трехфазной системы от двухфазной уже дает большой выигрыш в этом отношении. Дальнейшее увеличение числа фаз нецелесообразно, так как приводит к значительному увеличению расходов металла на провода.

Для Теслы же казалось очевидным, что чем меньше число фаз, тем меньше требуется проводов, и следовательно тем дешевле устройство электропередачи. При этом двухфазная система передачи требовала применения четырех проводов, что представлялось не желательным в сравнении с двух проводными системами постоянного или однофазного переменного токов. Поэтому Тесла предлагал применять трех проводную линию для двухфазной системы, делая один провод общим. Но это не сильно уменьшало количество затрачиваемого на систему металла, так как общий провод должен был быть большего сечения.

Таким образом трехфазная система токов предложенная Доливо-Добровольским была оптимальной для передачи энергии. Она практически сразу нашла широкое применение в промышленности и до наших дней является основной системой передачи электрической энергии во всем мире.

История создания первого электродвигателя - Экологические автомобили Экологические автомобили

Из истории электромобиля мы знаем, что первый электродвигатель появился раньше двигателя внутреннего сгорания. Как это было… Работы Андре-Мари Ампера, объединившие два разобщенных ранее явления — магнетизм и электричество, вдохновили другого гениального ученого — Майкла Фарадея. Открытия Ампера, Эрстеда и Араго побудили английского физика заняться вопросом о превращении магнитной и электрической энергии в механическую. В 1821 году поставленная задача была решена с помощью специального прибора, в котором было продемонстрировано явление непрерывного электромагнитного вращения.

После удачного эксперимента Фарадей поставил себе новую задачу о превращении магнетизма в электричество. Явление, составляющее основу современной электроэнергетики, было открыто английским ученым лишь через десять лет. Оно было названо электромагнитной индукцией. Спустя 3 года русский физик Эмилий Ленц, обобщив проделанные Фарадеем опыты, сформулировал новый фундаментальный закон, дававший возможность безошибочно определить направление индуцированного тока.

Так называемый принцип обратимости был доказан Ленцем не только теоретически, но и экспериментально: катушка, при ее вращении между полюсами магнита, генерировала электрический ток, обратная реакция заключалась в том, что катушка начинала вращаться, если в нее посылали ток. Исследование английского физика и опыты русского академика сыграли решающую роль в истории электродвигателя и развитии всего электромашиностроения в целом.

Первые попытки создания электродвигателя

Разработки теоретических предпосылок моментально дали толчок для создания первых электродвигателей и генераторов электрического тока. В 1824 году английский физик и математик Питер Барлоу с помощью прибора наглядно продемонстрировал возможность превращения электрической энергии в механическую. Колесо Барлоу представляло собой два горизонтально расположенных П-образных постоянных магнита, под которыми на одной оси размещены два медных зубчатых колеса. Когда через колеса проходил ток, они начинали вращаться в одном направлении.

При этом ученый заметил, что смена полярности контактов и полюсов магнитов изменяла и направлении вращения колес. По сути, Барлоу изобрел первый униполярный электродвигатель. Его опыт дал пищу для размышления другим изобретателям, и уже в 1831 году была представлена еще одна модель электродвигателя. На этот раз Д. Генри сделал попытку использовать для получения качательного движения отталкивание одноименных и притяжения разноименных магнитных полюсов.

Первый электродвигатель с возможностью практического применения

Модели, созданные Барлоу и Генри, представляли собой электрические устройства с качательными или возвратно-поступательными движениями малой удельной мощности, посему не имели практического применения, а о серийном производстве электромобилей даже и речи не могло быть. Первый электродвигатель с непосредственным вращением рабочего вала был создан в 1834 году физиком и академиком Борисом Якоби. Но стоит отметить, что впервые идею о создании более современного электродвигателя с вращательным движением высказал английский ученый В. Риччи еще в 1833 году. Был ли знаком Якоби с работой Риччи, неизвестно.

Двигатель Якоби состоял из двух групп электромагнитов. Попеременное изменение полярностей подвижных электромагнитов происходило путем специального коммутатора. Принцип этого устройства используется в некоторых современных электродвигателях. Мощность двигателя составляла всего 15 Вт, при частоте вращения ротора 80-120 об/мин.

В 1837 году Якоби обратился к Министру народного просвещения графу С. Уварову с предложением о практическом применении своего электродвигателя. О предложении русского академика было доложено Николаю I. Император дал добро на создание «Комиссии для производства опытов относительно приспособления электромагнитной силы к движению машин по способу Якоби».

Первый электродвигатель был далеко не совершенным и, конечно же, очень слабым. Так считал и сам академик, поэтому все средства выделенные комиссии были потрачены на усовершенствование электрической схемы. В 1838 году по Неве шел катер с 12 пассажирами, среди которых были физик Ленц, адмирал Крузенштерн и сам Якоби. Шлюпка крайне удивила гуляющих в тот день по набережной — никто из ее пассажиров не греб веслами.

Заменил гребцов электродвигатель мощностью 0.6 кВт, питаемый от 320 гальванических элементов. Испытания прошли весьма удачно, и сенсационная новость о первом практическом применении электродвигателя разлетелась по всему миру.

Видео: создание простейшего электродвигателя

9.1. Первые электродвигатели - Энергетика: история, настоящее и будущее

9.1. Первые электродвигатели

Нам уже известны способы преобразования механической энергии в электрическую. Но и энергию электрического тока можно преобразовать в энергию движения. Динамомашину, вырабатывающую электрический ток, называют первичной машиной, или генератором, а устройство, принимающее электрический ток и преобразующее его в механическую энергию, называют вторичной электрической машиной, или электродвигателем. При этом преобразование электрической энергии в механическую, как и обратное, происходит не непосредственно, а за счет явления электромагнетизма.

Уже опыты М. Фарадея, проведенные им ещё в 1821 году, можно считать наглядной иллюстрацией принципиальной возможности построения электродвигателя. Исследуя взаимодействие проводников с током и магнитом, он показал, что электрический ток вызывает вращение проводника вокруг магнита или вращение магнита вокруг проводника с током.

В 1833 г. английский ученый У. Риччи создал прибор, в котором магнитное поле образовывалось постоянным неподвижным магнитом. Между его полюсами на вертикальной оси помещался электромагнит. Взаимодействие полюсов постоянного магнита и электромагнита приводило к вращению электромагнита вокруг оси. Направление тока периодически изменялось коммутатором. Вследствие своей примитивной конструкции и незначительной мощности электродвигатель Риччи не мог получить практического применения.

Рис. 9.1. Автоматический прерыватель

 

Первые устройства для преобразования электрической энергии в механическую применялись главным образом для получения переменно-возвратного движения в так называемых электрических прерывателях. Основным элементом их является вибрирующий якорь, притягиваемый электромагнитом под действием электрического тока и возвращаемый назад за счет сжатия пружины при разрыве электрической цепи (рис. 9.1). Такие устройства получили достаточно широкое распространение в виде, например, электрических звонков. Но значительно более интересно было преобразовать электрическую энергию во вращательную. Наиболее просто этого можно достичь, прикрепив к вибрирующему якорю шатун, действующий на кривошип вала и производящий при помощи качаний вращательное движение. Примером такой простейшей конструкции может служить электродвигатель Грюэля (рис. 9.2).

Рис. 9.2. Электрический двигатель Грюэля

 

Увеличивая количество электромагнитов, можно получить значительно более плавное вращательное движение. Две системы электромагнитов первым применил русский ученый Б.С. Якоби, создавший в мае 1834 г. электрический двигатель (рис. 9.3) с вращательным движением якоря, который действовал на принципе притяжения и отталкивания между электромагнитами. В качестве источника питания электромагнитов использовалась батарея гальванических элементов, а для изменения полярности подвижных электромагнитов – коммутатор.

В ноябре 1834 года Якоби представил Парижской академии наук сообщение об этом устройстве. Известие об изобретении Якоби очень быстро распространилось. Сам автор широко демонстрировал свой электродвигатель и подвергал его опробованию для приведения во вращение различных механизмов. Он исходил из законов и представлений Ампера и Фарадея, дополненных собственными исследованиями, проведенными совместно с академиком Э. Ленцем в конце 1830-х годов. В процессе совершенствования двигателя Якоби объединил несколько электродвигателей в один агрегат, расположив неподвижные и вращающиеся магниты в одной плоскости, то есть пошел по пути механического соединения определенного числа элементарных машин. При этом увеличились размеры электродвигателя в вертикальном направлении, а это было удобно для создания опытной судовой установки. В 1838 году Якоби построил первый магнитоэлектрический двигатель, приводящий в движение на реке Неве против течения лодку с четырнадцатью человеками на борту.

Рис. 9.3. Электрический двигатель Якоби

Одна из петербургских газет 1839 года писала об испытаниях «электрического бота»: «… катер с двенадцатью человеками, движимый электромеханической силой (в 3/4 лошади), ходил несколько часов противу течения, при сильном противном ветре… Что бы ни было впоследствии, важный шаг уже сделан, и России принадлежит слава первого применения теории к практике». Испытания электродвигателя Якоби показали возможность практического применения электродвигателей, но в то же время обнаружили, что при питании их током от гальванических батарей (на боте Якоби вначале было установлено 320 гальванических элементов) механическая энергия получается очень дорогой. Произведенные опыты и теоретическое исследование привели Б.С. Якоби к очень важному выводу: применение электродвигателей находится в прямой зависимости от удешевления электроэнергии, то есть от создания генератора, более экономичного, чем гальванические батареи.

Все электрические двигатели постоянного тока, созданные позднее, были по существу лишь усовершенствованием электродвигателя Якоби.

В конце XIX – начале XX века изобретатели во многих странах пытались совершенствовать систему получения, передачи, превращения электричества в механическую работу и приспособить его для перемещения и поднятия грузов, освещения улиц и прочее. В Европе и Америке наибольшее распространение получили электродвигатели малой и средней мощности, используемые в основном для городского электротранспорта и легкой (например швейной и текстильной) промышленности.

 

Рис. 9.4. Отделение электродвигателей постоянного тока на заводе Шуккерта в Нюрнберге

 

Рис. 9.5. Электродвигатель постоянного тока производства «Немецких электрических заводов» в Ахене

Рис. 9.6. Мощный электродвигатель постоянного тока швейцарской фирмы «Эрликон»

На рис. 9.4 представлен общий вид цеха по производству электродвигателей постоянного тока на заводе Шуккерта в Нюрнберге. Такие электродвигатели в конце XIX века с развитием центральных электрических станций массово устанавливались на крупных заводах Европы и полностью вытеснили дорогой и ненадежный ременной или цепной привод. Лидером по производству электродвигателей постоянного тока в Германии были «Немецкие электрические заводы» в Ахене. Благодаря своей надежности и компактности эти электродвигатели получили большое распространение (рис. 9.5).

В сравнении с другими типами двигателей электродвигатель обладал столь важными преимуществами, что очень быстро стал устанавливаться везде, где только была возможна доставка электрического тока. Прежде всего он отличался легкостью установки, простотой ухода и относительной компактностью в сравнении с другими типами двигателей (например газомоторами) аналогичной мощности. Электродвигатели малой и средней мощности не требовали мощных фундаментов и могли устанавливаться прямо на полу или даже на стенных кронштейнах. Кроме того, при квалифицированном обслуживании эксплуатация их была практически безопасна.

В конце XIX века в Швейцарии серия электродвигателей средней и большой мощности производилась на фирме «Эрликон». При этом на электродвигателях мощностью до 100 л.с. применялся якорь Грамма, а на мощных – до 250 л.с. и более – многополюсный якорь (рис. 9.6). В Америке большое распространение получили электродвигатели небольшой мощности, например двигатели конструкции Франка Спрага (рис. 9.7).

Необходимо отметить, что в начале ХХ века история практического использования электрических двигателей не достигла еще и 15-летнего возраста, но темпы и массовость их применения были очень значительными. Этому способствовали интенсивное строительство центральных городских электрических станций и широко разветвленных распределительных электрических сетей, а также несомненные преимущества электродвигателей в сравнении с паровыми машинами и газомоторами равной мощности. Что касается ухода, то он ограничивался только смазкой подшипников и правильной установкой щеток. Кроме того, с развитием массового применения электрических двигателей центральные городские электрические станции, работавшие в основном в темное время суток для целей электрического освещения, получили возможность значительно более рационально использовать мощности своих генераторов, производя электрическую энергию в дневное время для питания многочисленных электродвигателей. Например, Берлинская центральная электростанция, первоначально созданная в 1884 г. для обеспечения электрического освещения, к концу 1892 г. снабжала электрической энергией 156 электродвигателей постоянного тока общей мощностью в 525 л.с. В следующем году станция снабжала электроэнергией уже 311 электродвигателей мощностью в 1070 л.с., а к 1898 г. общая мощность двигательной нагрузки составила уже 15400 л.с., или 11400 кВт, к которым нужно прибавить еще 2100 кВт двигательной нагрузки электрических железных дорог.

 

Рис. 9.7. Американский электродвигатель средней мощности конструкции Спрага

 

 Рис. 9.8. Типографский печатный станок с электрическим приводом

 

Рис. 9.9. Электродвигатели в машинном зале завода

 

 Рис. 9.10. Сушильная центрифуга с электрическим приводом

Рис. 9.11. Электрический центробежный насос с двигателем Кертинга

 

Рис. 9.12. Токарный станок с электроприводом

Приход ХХ века ознаменовался массовым использованием электропривода постоянного тока в различных отраслях промышленности. На рис. 9.8 показан типографский печатный станок с электрическим приводом, а на рис. 9.9 – общий вид машинного зала завода с установленными электрическими двигателями.

Одно из несомненных преимуществ использования электрических двигателей заключается в возможности повышения коэффициента полезного действия механизма при отказе от неэффективных и ненадежных ременных и цепных передач и переходе на прямой электрический привод.

Рис. 9.13. Электрический ворот

Рис. 9.14. Электрический лифт

Особенно значительным это преимущество становится при необходимости использования высокооборотного привода. На рис. 9.10 показана сушильная центрифуга с электрическим приводом производства «Немецких заводов» в Ахене, а на рис. 9.11 – электрический центробежный насос с двигателем Кертинга. Такая конструкция нашла широкое применение при разработке промышленных и пожарных помп, т.е. систем для перекачивания воды.

В промышленных и жилых зданиях широко использовались вентиляторы с электрическим приводом. Применение электроприводу нашлось и при производстве различных станков, машин и подъемных механизмов. На рис. 9.12 показан токарный станок с электроприводом, а на рис. 9.13 – электрический ворот, использовавшийся в различных подъемных приспособлениях, например в лифтах (рис. 9.14), или при устройстве транспортировочных механизмов (рис. 9.15). На рис. 9.16 показан общий вид портового крана грузоподъемностью 150 тонн с электроприводом.

Рис. 9.15. Загрузка корабля с помощью электрического транспортера

Рис. 9.16. Портовый кран грузоподъемностью 150 тонн с электроприводом

Из области домашнего применения можно отметить электроприводные швейную, сверлильную и даже зубоврачебную машины.

200 лет электродвигателю / Хабр

Электромотор Фарадея 1822 года

В 1820 году датский физик Ханс Кристиан Эрстед ввел электромагнитную теорию в состояние замешательства. Натурфилософы того времени считали, что электричество и магнетизм — это два разных явления, но Эрстед предположил, что поток электричества через провод создает вокруг него магнитное поле. Французский физик Андре-Мари Ампер увидел демонстрацию эксперимента Эрстеда, в котором электрический ток отклонял магнитную иглу, и разработал математическую теорию для объяснения этой взаимосвязи.

Английский ученый Майкл Фарадей вскоре вступил в полемику, когда Ричард Филлипс, редактор журнала «Анналы философии», попросил его написать статью об истории электромагнетизма — области, которой было всего около двух лет и которая явно находилась в состоянии становления.

Фарадей был интересным кандидатом для этой задачи, о чем Нэнси Форбс и Бэзил Махон рассказывают в своей книге 2014 года «Фарадей, Максвелл и электромагнитное поле». Он родился в 1791 году и получил лишь самое скромное образование в церковной школе в своей деревне Ньюингтон, Суррей (сейчас это часть Южного Лондона). В возрасте 14 лет он стал подмастерьем у переплетчика. Он прочитал много книг, которые переплетал, и продолжал искать возможности учиться дальше. В 1812 году, когда ученичество Фарадея подходило к концу, один из клиентов переплетчика предложил Фарадею билет на прощальную лекцию Хамфри Дэви в Королевском институте Великобритании.

Дэви, который был всего на 13 лет старше Фарадея, уже прославился как химик. Он открыл натрий, калий и несколько соединений, а также изобрел шахтерскую лампу. Кроме того, он был харизматичным оратором. Фарадей делал подробные записи лекций и отправлял копии Дэви с просьбой о трудоустройстве. Когда в Королевском институте открылась вакансия ассистента по химии, Дэви взял Фарадея на работу.

Фарадей (слева), Дэви (справа).

Дэви был наставником Фарадея и обучил его принципам химии. Фарадей отличался ненасытным любопытством, и его репутация в Королевском институте росла. Но когда Филлипс попросил Фарадея написать обзорную статью для «Анналов», он только начинал заниматься электромагнетизмом и был несколько обескуражен математикой Ампера.

В душе Фарадей был экспериментатором, поэтому, чтобы написать подробный отчет, он повторил эксперименты Эрстеда и попытался следовать рассуждениям Ампера. Его «Исторический очерк электромагнетизма», опубликованный анонимно в «Анналах», описывал состояние этой области, текущие исследовательские вопросы и экспериментальную аппаратуру, теоретические разработки и основных участников. (Краткое изложение статьи Фарадея см. в статье Aaron D. Cobb «Michael Faraday's 'Historical Sketch of Electro-Magnetism' and the Theory-Dependence of Experimentation» в декабрьском выпуске Philosophy of Science за 2009 год («Исторический очерк электромагнетизма Майкла Фарадея» и зависимость экспериментов от теории « в декабрьском выпуске 2009 года Философия науки).

Реконструируя эксперименты Эрстеда, Фарадей не был полностью убежден, что электричество действует как жидкость, протекая по проводам так же, как вода по трубам. Вместо этого он думал об электричестве как о колебаниях, возникающих в результате напряжения между проводящими материалами. Эти мысли заставляли его экспериментировать.

3 сентября 1821 года Фарадей наблюдал круговое вращение провода, притягиваемого и отталкиваемого магнитными полюсами. Он зарисовал в своем блокноте вращение по часовой стрелке вокруг южного полюса магнита и обратное вращение вокруг северного полюса. «Очень убедительно», — написал он в своем дневнике о проведенном эксперименте, — «но надо сделать более разумный прибор».

На следующий день у него все получилось. Он взял глубокий стеклянный сосуд, закрепил в нем магнит вертикально с помощью воска, а затем наполнил сосуд ртутью так, чтобы магнитный полюс находился чуть выше поверхности. Он опустил в ртуть жесткую проволоку и подключил прибор к батарее. Когда по цепи проходил ток, он создавал круговое магнитное поле вокруг проволоки. Когда ток в проволоке взаимодействовал с постоянным магнитом, закрепленным на дне блюда, проволока вращалась по часовой стрелке. На другой стороне прибора провод был закреплен, а магнит мог свободно перемещаться, что он и делал по кругу вокруг провода.

Чтобы ознакомиться с наглядной анимацией работы аппарата Фарадея, посмотрите это учебное пособие, созданное Национальной лабораторией высоких магнитных полей. А для желающих собрать свой собственный двигатель Фарадея можно посмотреть это видео:

Хотя устройство Фарадея было отличным доказательством концепции, оно было не так уж полезно, разве что в качестве салонного фокуса. Вскоре люди стали расхватывать карманные двигатели в качестве подарков.

Хотя оригинального моторчика Фарадея больше не существует, зато существует тот, который он построил в следующем году; он хранится в коллекции Королевского института и изображен на фото в начале публикации. Эта простая на вид конструкция является самым ранним примером электродвигателя, первого устройства, превращающего электрическую энергию в механическое движение.

Последствия изобретения Фарадея

Фарадей знал силу быстрой публикации, и менее чем за месяц он написал статью «О некоторых новых электромагнитных движениях и теории электромагнетизма», которая была опубликована в следующем номере «Ежеквартального журнала науки, литературы и искусства». К сожалению, Фарадей не оценил необходимость полного признания вклада других в открытие.

Через неделю после публикации Хамфри Дэви нанес своему подопечному сокрушительный удар, обвинив Фарадея в плагиате.

Дэви обладал печально известным чувствительным эго. Он также был расстроен тем, что Фарадей не отметил должным образом его друга Уильяма Хайда Волластона, который более года изучал проблему вращательного движения с помощью токов и магнитов. Фарадей упоминает обоих в своей статье, а также Ампера, Эрстеда и некоторых других. Но он не называет никого из них своим соавтором, помощником или сооткрывателем. Фарадей не работал непосредственно с Дэви и Волластоном над их экспериментами, но он подслушал разговор между ними и понял направление их работы. Кроме того, в ранних публикациях было принято (и до сих пор принято) отмечать заслуги своего консультанта.

Фарадей пытался очистить свое имя от обвинений в плагиате и в основном преуспел в этом, хотя его отношения с Дэви оставались напряженными. Когда Фарадей был избран членом Королевского общества в 1824 году, единственный голос против подал президент общества, Хамфри Дэви.

Следующие несколько лет Фарадей избегал работы в области электромагнетизма. Было ли это его собственным выбором или он был вынужден сделать его из-за того, что Дэви поручил ему трудоемкие обязанности в Королевском институте, вопрос открытый.

Одним из заданий Фарадея было спасение финансов Королевского института, что он и сделал, оживив серию лекций и введя популярную рождественскую лекцию. Затем в 1825 году Королевское общество попросило его возглавить Комитет по улучшению стекла для оптических целей — попытку возродить британскую стекольную промышленность, которая уступила позиции французским и немецким производителям линз. Это была утомительная, бюрократическая работа, которую Фарадей выполнял как патриотический долг, но рутина и постоянные неудачи выбили его из колеи.

Эксперименты Фарадея в 1831 году привели к созданию трансформатора и динамо-машины

В 1831 году, через два года после смерти Дэви и после завершения работы Фарадея в рабочей группе над стекольным проектом, он вернулся к экспериментам с электричеством, занявшись акустикой. Он объединился с

Чарльзом Уитстоном

для изучения звуковых колебаний. Фарадея особенно интересовало, как звуковые колебания можно наблюдать, когда скрипичный смычок проводит по металлической пластине, слегка присыпанной песком, создавая отчетливые узоры, известные как фигуры Хладни. В этом видеоролике:

Фарадей изучал нелинейные стоячие волны, образующиеся на поверхности жидкости, которые сегодня известны как волны Фарадея или пульсации Фарадея. Он опубликовал свое исследование «О своеобразном классе акустических фигур; и о некоторых формах, принимаемых группами частиц на вибрирующих упругих поверхностях» в «Философских трудах Королевского общества».

Все еще убежденный в том, что электричество каким-то образом вибрирует, Фарадей задался вопросом, может ли электрический ток, проходящий через проводник, вызвать ток в соседнем проводнике. Это привело его к одному из самых известных изобретений и экспериментов — индукционному кольцу. 29 августа 1831 года Фарадей подробно описал в своем блокноте эксперимент со специально подготовленным железным кольцом. Он обмотал одну сторону кольца тремя отрезками изолированной медной проволоки, каждый длиной около 24 футов (7 метров). Другую сторону он обмотал примерно 60 футами (18 метрами) изолированной медной проволоки. (Хотя он описывает только собранное кольцо, на обмотку проводов у него, вероятно, ушло много дней. Современные экспериментаторы, создавшие реплику, потратили на это 10 дней). Затем он начал заряжать одну сторону кольца и наблюдать за эффектом на магнитной игле, расположенной на небольшом расстоянии. К своему восторгу, он смог вызвать электрический ток от одного набора проводов к другому, создав таким образом первый электрический трансформатор.

Запись в записной книжке Фарадея от 29 августа 1831 года описывает его эксперимент с железным индукционным кольцом, связанным проволокой, -первым электрическим трансформатором.

Фарадей не прекращал эксперименты до осени 1831 года, на этот раз с постоянным магнитом. Он обнаружил, что может производить постоянный ток, вращая медный диск между двумя полюсами постоянного магнита. Это было первое динамо и прямой предок действительно полезных электродвигателей.

Спустя двести лет после открытия электродвигателя Майкла Фарадея по праву помнят за все его работы в области электромагнетизма, а также за его способности химика, лектора и экспериментатора. Но сложные отношения Фарадея с Дэви также говорят о проблемах учеников (и наставников), издательской деятельности, а также о том, как держать (или не держать) личные обиды. Иногда говорят, что Фарадей стал величайшим открытием Дэви, что несколько несправедливо по отношению к Дэви, который сам по себе был достойным ученым. Когда репутация Фарадея начала затмевать репутацию его наставника, Фарадей допустил несколько ошибок, ориентируясь в урезанном, чувствительном ко времени мире научных публикаций. Но он продолжал делать свою работу — и делал ее хорошо, — внося неизменный вклад в работу Королевского института. Через десять лет после своего первого открытия в области электромагнетизма он превзошел себя в другом. Неплохо для самоучки с слабым знанием математики.




Вакансии

НПП ИТЭЛМА всегда рада молодым специалистам, выпускникам автомобильных, технических вузов, а также физико-математических факультетов любых других высших учебных заведений.

У вас будет возможность разрабатывать софт разного уровня, тестировать, запускать в производство и видеть в действии готовые автомобильные изделия, к созданию которых вы приложили руку.

В компании организован специальный испытательный центр, дающий возможность проводить исследования в области управления ДВС, в том числе и в составе автомобиля. Испытательная лаборатория включает моторные боксы, барабанные стенды, температурную и климатическую установки, вибрационный стенд, камеру соляного тумана, рентгеновскую установку и другое специализированное оборудование.

Если вам интересно попробовать свои силы в решении тех задач, которые у нас есть, пишите в личку.



О компании ИТЭЛМА

Мы большая компания-разработчик

automotive

компонентов. В компании трудится около 2500 сотрудников, в том числе 650 инженеров.

Мы, пожалуй, самый сильный в России центр компетенций по разработке автомобильной электроники. Сейчас активно растем и открыли много вакансий (порядка 30, в том числе в регионах), таких как инженер-программист, инженер-конструктор, ведущий инженер-разработчик (DSP-программист) и др.

У нас много интересных задач от автопроизводителей и концернов, двигающих индустрию. Если хотите расти, как специалист, и учиться у лучших, будем рады видеть вас в нашей команде. Также мы готовы делиться экспертизой, самым важным что происходит в automotive. Задавайте нам любые вопросы, ответим, пообсуждаем.


Список полезных публикаций на Хабре

Кто первый изобрел электродвигатель


История создания первого электродвигателя

Из истории электромобиля мы знаем, что первый электродвигатель появился раньше двигателя внутреннего сгорания. Как это было… Работы Андре-Мари Ампера, объединившие два разобщенных ранее явления — магнетизм и электричество, вдохновили другого гениального ученого — Майкла Фарадея. Открытия Ампера, Эрстеда и Араго побудили английского физика заняться вопросом о превращении магнитной и электрической энергии в механическую. В 1821 году поставленная задача была решена с помощью специального прибора, в котором было продемонстрировано явление непрерывного электромагнитного вращения. После удачного эксперимента Фарадей поставил себе новую задачу о превращении магнетизма в электричество. Явление, составляющее основу современной электроэнергетики, было открыто английским ученым лишь через десять лет. Оно было названо электромагнитной индукцией. Спустя 3 года русский физик Эмилий Ленц, обобщив проделанные Фарадеем опыты, сформулировал новый фундаментальный закон, дававший возможность безошибочно определить направление индуцированного тока.

Так называемый принцип обратимости был доказан Ленцем не только теоретически, но и экспериментально: катушка, при ее вращении между полюсами магнита, генерировала электрический ток, обратная реакция заключалась в том, что катушка начинала вращаться, если в нее посылали ток. Исследование английского физика и опыты русского академика сыграли решающую роль в истории электродвигателя и развитии всего электромашиностроения в целом.

Первые попытки создания электродвигателя

Разработки теоретических предпосылок моментально дали толчок для создания первых электродвигателей и генераторов электрического тока. В 1824 году английский физик и математик Питер Барлоу с помощью прибора наглядно продемонстрировал возможность превращения электрической энергии в механическую. Колесо Барлоу представляло собой два горизонтально расположенных П-образных постоянных магнита, под которыми на одной оси размещены два медных зубчатых колеса. Когда через колеса проходил ток, они начинали вращаться в одном направлении.

При этом ученый заметил, что смена полярности контактов и полюсов магнитов изменяла и направлении вращения колес. По сути, Барлоу изобрел первый униполярный электродвигатель. Его опыт дал пищу для размышления другим изобретателям, и уже в 1831 году была представлена еще одна модель электродвигателя. На этот раз Д. Генри сделал попытку использовать для получения качательного движения отталкивание одноименных и притяжения разноименных магнитных полюсов.

Первый электродвигатель с возможностью практического применения

Модели, созданные Барлоу и Генри, представляли собой электрические устройства с качательными или возвратно-поступательными движениями малой удельной мощности, посему не имели практического применения, а о серийном производстве электромобилей даже и речи не могло быть. Первый электродвигатель с непосредственным вращением рабочего вала был создан в 1834 году физиком и академиком Борисом Якоби. Но стоит отметить, что впервые идею о создании более современного электродвигателя с вращательным движением высказал английский ученый В. Риччи еще в 1833 году. Был ли знаком Якоби с работой Риччи, неизвестно.

Двигатель Якоби состоял из двух групп электромагнитов. Попеременное изменение полярностей подвижных электромагнитов происходило путем специального коммутатора. Принцип этого устройства используется в некоторых современных электродвигателях. Мощность двигателя составляла всего 15 Вт, при частоте вращения ротора 80-120 об/мин.

В 1837 году Якоби обратился к Министру народного просвещения графу С. Уварову с предложением о практическом применении своего электродвигателя. О предложении русского академика было доложено Николаю I. Император дал добро на создание «Комиссии для производства опытов относительно приспособления электромагнитной силы к движению машин по способу Якоби».

Первый электродвигатель был далеко не совершенным и, конечно же, очень слабым. Так считал и сам академик, поэтому все средства выделенные комиссии были потрачены на усовершенствование электрической схемы. В 1838 году по Неве шел катер с 12 пассажирами, среди которых были физик Ленц, адмирал Крузенштерн и сам Якоби. Шлюпка крайне удивила гуляющих в тот день по набережной — никто из ее пассажиров не греб веслами.

Заменил гребцов электродвигатель мощностью 0.6 кВт, питаемый от 320 гальванических элементов. Испытания прошли весьма удачно, и сенсационная новость о первом практическом применении электродвигателя разлетелась по всему миру.

Видео: создание простейшего электродвигателя

Система Стоп-Старт

Пробка - головная боль любого мегаполиса. Плюс ко всему - это источник загрязнения окружающей среды и дырка в кармане автолюбителя....

подробнее

Электродвигатель

Давайте подвесим между полюсами неподвижного магнита проволочную петлю, через которую пропустим электрический ток. Мы увидим, что петля начнет отклоняться в сторону, чтобы выйти из магнитного поля. Именно это явление положено в основу всех электродвигателей. Главными частями электродвигателя являются: ротор и статор. Статор является неподвижной частью электродвигателя, служит магнитопроводом, в котором образуется магнитное поле. Подвижной вращающейся частью электродвигателя является ротор, на нем помещены витки провода, по которому пропускают электрический ток. Двигатели, работающие от сети постоянного тока, являются двигателями постоянного тока. Двигатели, работающие от источника переменного тока, называются двигателями переменного тока. В результате проведенных экспериментов выдающийся английский физик Майкл Фарадей доказал, что при перемещении проводника в магнитном поле, можно создавать электрический ток индукционным методом. Так, в 1831 году было открыто явление электромагнитной индукции. Сразу же ученые и изобретатели нескольких стран взялись за разработку электродвигателя, пригодного для практики.

Первыми были созданы электродвигатели постоянного тока, так как источники постоянного тока (батарея и гальванические элементы) были изобретены раньше. В 1834 году русским ученым Б. С. Якоби был создан первый электродвигатель, который состоял из двух частей — неподвижной и вращающейся. Благодаря изобретению был открыт принцип непрерывного вращательного движения. Мощность электродвигателя равнялась 15 Вт, источником тока были гальванические батареи. Однако практического применения электродвигатель не имел. В 1838 году Б. С. Якоби создал первый электродвигатель постоянного тока пригодный для практических целей. Мощность была увеличена за счет соединенных на одной плоскости 40 двигателей. Двигатель использовали для привода гребного вала лодки. 13 сентября 1838 года двигатель был установлен на лодке, в которой находилось 12 пассажиров. Испытания прошли весьма успешно. За 7 часов лодка проделала путь в 7 км со скоростью 2 км/ч. В сентябре 1839 года на катер с 14 пассажирами был установлен двигатель усовершенствованной конструкции, большей мощности, скорость которого составляла 4 км/ч. Двигатель Якоби стал самым надежным и мощным из всех конструкций, созданных на тот момент. К 70-м годам XIX столетия электродвигатель был полностью усовершенствован и сохранился в таком виде до наших дней.

Со временем в электродвигателях стали использовать электромагниты вместо постоянных магнитов, что позволило существенно увеличить мощность. Принцип работы электродвигателя постоянного тока заключается в следующем: к обмотке электромагнита подводят электрический ток, в результате между его полюсами возникает магнитное поле. Виток провода размещен на роторе. Когда к витку провода через коллектор подводится электрический ток, он начинает вращаться вместе с ротором. Особенностью таких электродвигателей является возможность регулировать частоту вращения ротора. Микроэлектродвигатели используют в электробритвах, системах автоматического регулирования, кофемолках и других приборах быта. Мощные электродвигатели используют для привода подъемных кранов, прокатных станков, на электрофицированном транспорте.

В 1889 году замечательный русский инженер-электротехник М. О. Доливо-Добровольский создал систему трехфазного тока и создал первый трехфазный двигатель переменного тока. Основными частями двигателя переменного тока также являются ротор и статор. В отличие от двигателей постоянного тока они не имеют коллектора, ток на обмотки ротора поступает через контактные кольца. В некоторых двигателях отсутствуют выводы на обмотках для подключения к току, а замкнуты между собой. Внешне ротор был похож на колесо в беличьей клетке и получил название беличьего колеса. Конструкция такого ротора дала возможность уменьшить магнитное и электрическое сопротивление и повысить эффективность работы, без принципиальных изменений она сохранилась до сегодняшних дней. Двигатели переменного тока существуют синхронные и асинхронные. У синхронного двигателя частота вращения магнитного поля, производимая обмотками статора, синхронна с частотой вращения ротора. В асинхронных двигателях частота вращения ротора отстает от частоты вращения магнитного поля статора. Наиболее просты и надежны асинхронные двигатели. Они получили широкое распространение.

Электродвигатель. История создания.

Величайшим техническим достижением конца XIX века стало изобретение промышленного электродвигателя. Этот компактный, экономичный, удобный мотор вскоре сделался одним из важнейших элементов производства, вытеснив другие виды двигателей отовсюду, куда только можно было доставить электрический ток. Электрические двигатели появились еще во второй четверти XIX столетия, но прошло несколько десятилетий, прежде чем создались благоприятные условия для их повсеместного внедрения в производство.

Один из первых совершенных электродвигателей, работавших от батареи постоянного тока, создал в 1834 году русский электротехник Якоби. Этот двигатель имел две группы П-образных электромагнитов, из которых одна группа располагалась на неподвижной раме. Их полюсные наконечники были устроены асимметрично - удлинены в одну сторону. Вал двигателя представлял собой два параллельных латунных диска, соединенных четырьмя электромагнитами, поставленными на равном расстоянии один от другого. При вращении вала подвижные электромагниты проходили против полюсов неподвижных. У последних полярности шли попеременно: то положительная, то отрицательная. К электромагнитам вращающегося диска отходили проводники, укрепленные на валу машины. На вал двигателя был насажен коммутатор, который менял направление тока в движущихся электромагнитах в течение каждой четверти оборота вала. Обмотки всех электромагнитов неподвижной рамы были соединены последовательно и обтекались током батареи в одном направлении. Обмотки электромагнитов вращающегося диска были также соединены последовательно, но направление тока в них изменялось восемь раз за один оборот вала. Следовательно, полярность этих электромагнитов также менялась восемь раз за один оборот вала, и эти электромагниты поочередно притягивались и отталкивались электромагнитами неподвижной рамы.

Двигатель Якоби для своего времени был самым совершенным электротехническим устройством. В том же 1834 году подробное сообщение о принципах его работы было представлено Парижской Академии наук.

В 1838 году Якоби усовершенствовал свой электромотор и, установив его на гребном боте, с десятью спутниками совершил небольшое плавание по Неве со скоростью 4,5 км/ч. Источником тока ему служила мощная батарея гальванических элементов.

До тех пор, пока не был изобретен и внедрен в производство совершенный электрический генератор, электродвигатели не могли найти широкого применения, так как питать их от батареи было слишком дорого и невыгодно. Кроме того, в силу разных причин двигатели постоянного тока получили лишь ограниченное применение. Гораздо более важную роль играют в производстве электромоторы, работающие на переменном токе, к рассмотрению которых мы теперь переходим.

Для переменного тока необходима особая конструкция двигателя. Изобретатели не сразу смогли найти ее. Прежде всего была разработана модель так называемого синхронного двигателя переменного тока. Один из первых таких двигателей построил в 1841 году Чарльз Уитстон.

Его система обладала большими недостатками: кроме того, что синхронный двигатель требовал для своего запуска дополнительный разгонный двигатель, он имел и другой изъян - при перегрузке синхронность его хода нарушалась, магниты начинали тормозить вращение вала, и двигатель останавливался. Поэтому синхронные двигатели не получили широкого распространения. Подлинная революция в электротехнике произошла только после изобретения асинхронного двигателя. Подобное устройство в 1879 году изобрел Бейли.

 В 1888 г. итальянский физик Феррарис и югославский изобретатель Тесла (работавший в США) открыли явление вращающегося электромагнитного поля.

Изобретение Теслы знаменовало собой начало новой эры в электротехнике и вызвало к себе живейший интерес во всем мире. Уже в июне 1888 году фирма «Вестингауз Электрик Компани» купила у него за миллион долларов все патенты на двухфазную систему и предложила организовать на своих заводах выпуск асинхронных двигателей.

Вскоре индукционный двигатель Теслы был значительно переработан и усовершенствован русским электротехником Доливо-Добровольским. Первым важным новшеством, которое внес Доливо-Добровольский в асинхронный двигатель, было создание ротора с обмоткой «в виде беличьей клетки». Во всех ранних моделях асинхронных двигателей роторы были очень неудачными, и поэтому КПД этих моторов был ниже, чем у других типов электрических двигателей. Большое значение играл здесь материал, из которого изготавливался ротор, поскольку тот должен был удовлетворять сразу двум условиям: иметь малое электрическое сопротивление и иметь хорошую магнитную проницаемость. С точки зрения уменьшения электрического сопротивления лучшим конструктивным решением мог бы стать ротор в виде медного цилиндра. Но медь плохой проводник для магнитного потока статора и, КПД такого двигателя был очень низким. Если медный цилиндр заменяли стальным, то магнитный поток резко возрастал, но, поскольку электрическая проводимость стали меньше, чем меди, КПД опять был невысоким.

Доливо-Добровольский нашел выход из этого противоречия: он выполнил ротор в виде стального цилиндра, а в просверленные по периферии последнего каналы стал закладывать медные стержни. На лобовых частях ротора эти стержни электрически соединялись друг с другом. Решение Доливо-Добровольского оказалось наилучшим. После того как он получил в 1889 году патент на свой ротор, его устройство принципиально не менялось вплоть до настоящего времени.

Вслед за тем Доливо-Добровольский стал думать над конструкцией статора - неподвижной части двигателя. Доливо-Добровольский видел перед собой две задачи: повысить КПД двигателя и добиться большей равномерности его работы.

Свой первый трехфазный асинхронный двигатель Доливо-Добровольский построил зимой 1889 года. В качестве статора в нем был использован кольцевой якорь машины постоянного тока с 24-мя полузакрытыми пазами.

Учитывая ошибки Теслы, Доливо-Добровольский рассредоточил обмотки в пазах по всей окружности статора, что делало более благоприятным распределение магнитного поля. Ротор был цилиндрическим с обмотками «в виде беличьей клетки». Воздушный зазор между ротором и статором составлял всего 1 мм, что по тем временам было смелым решением, так как обычно зазор делали больше. Стержни «беличьей клетки» не имели никакой изоляции. В качестве источника трехфазного тока был использован стандартный генератор постоянного тока, перестроенный в трехфазный генератор так, как это было описано выше.

Впечатление, произведенное первым запуском двигателя на руководство АЭГ, было огромным. Для многих стало очевидно, что долгий тернистый путь создания промышленного электродвигателя наконец пройден до конца. По своим техническим показателям двигатели Доливо-Добровольского превосходили все существовавшие тогда электромоторы — обладая очень высоким КПД, они безотказно работали в любых режимах, были надежны и просты в обращении. Поэтому они сразу получили широкое распространение по всему миру. С этого времени началось быстрое внедрение электродвигателей во все сферы производства и повсеместная электрификация промышленности.

История появления электродвигателя - Двигатели автомобилей

В 21-ом веке электродвигатели имеют особое место в нашей жизни. Они находятся почти во всех технических агрегатах, которые мы видим каждый день, будь то пылесос, стиральная машина, система вентиляции. Это безусловно очень важное достижения прогресса, которое появилось в середине 19-го века, и было предвестником индустриальной эры.

Электродвигатель был создан в 1834 году Борисом Якоби, русским пионером электротехники, и после некоторых усовершенствований в 1838 году был установлен на лодке, которая могла с его помощью перемещаться по реке со скоростью около 4 км\ч. Но несмотря на это изобретение, электродвигатели не могли найти массового применения, до того момента, пока не был создан электрический генератор, поскольку осуществлять их питание от батареи было крайне неудобно. Первый двигатель переменного тока был сконструирован и создан Чарльзом Уитстоном в 1841 году. Началом применения переменного тока для электродвигателей принято считать 1889 год, когда инженер Доливо- Добровольский сконструировал первый трехфазный асинхронный двигатель. Первая линия трехфазного переменного тока была создана в 1891 году.  Результаты использования этой линии доказали физическую возможность применения трехфазного тока, для передачи больших объемов электроэнергии с высокими показателями КПД. К началу 20-го века появились прототипы основных электромашин.

Именно с того времени началось быстрое развитие электрификации промышленных предприятий и транспорта. Одновременно с этим появляются первые турбогенераторы. Это дает толчок к увеличению мощности генераторов. Для сравнения в 1900 году пиковая мощность генератора составляла 5кВт, а в 1920 году эта величина составляла 60 тысяч кВт. Создание водного охлаждения позволило создать турбогенераторы мощностью около 550 тысяч кВт.

На данный момент электродвигатели имеют следующие характеристики. Максимальная мощность. Она как принято в физике измеряется в Ваттах. Этот параметр зависит от конструкции, материала изготовления,  и технологии создания. Несколько двигателей имеющие одинаковую массу и размер могут иметь различную мощность исключительно из-за технологии производства. Как правило, именно этот параметр задает ценовую категорию для двигателя. Далее рассматривают номинальное напряжение и ток, а так же сопротивление обмотки, как вы знаете, эти параметры неизменно влияют друг на друга. При более низком сопротивлении, возрастает максимальное значение ампер. Третьей характеристикой являются номинальные обороты в минуту. Конструкция современного двигателя направлена на получение более высоких оборотов, или же наивысшего момента на валу. Следовательно, двигатель с большим диаметром имеет увеличенный высокий момент и уменьшенные обороты.

Большинство двигателей формируют два магнитных поля, переменное и неподвижное, при этом неподвижное производят постоянные магниты, в то время как переменное создается обмоткой. Неподвижное поле работает по базовым определениям механики, магнит имеет два полюса, северный и как положено южный, противоположные полюса имеют притяжение, одинаковые притягиваются и вследствие этого создается сила взаимодействия. Но для того, чтоб двигатель начал свое вращение требуется менять эти направления. Соответственно, в реальности вращение происходит из-за изменения этих параметров, полюс притягивается, полюс отталкивается. Таков основной принцип действия электродвигателя.

принцип работы, устройство, классификация. Все про электродвигатели.

Интернет-магазин инженерного оборудования «ОВК Комплект»предлагает своим посетителям ознакомиться с принципом работы, устройством и классификацией электродвигателей, а в последствии купить электродвигатель по самой разумной цене в Украине! Эти устройства незаменимая основа для функционирования большей части техники как бытового, так и промышленного применения. Поэтому в современном обществе их область применения не имеет границ. А актуальность такой покупки может возникнуть в любое время года.

На сегодняшний день, практически в любом механическом приспособлении используется сочетание кинетической и потенциальной энергии - механическая энергия, которая является источником движущей силы, отвечающей за работу всей системы. С открытием электричества механическую энергию стало возможно преобразовывать из электрической, путем применения электромеханической машины - электродвигателя.

Принцип работы электродвигателя

Функционирует электрический двигатель из принципа электромагнитной индукции - физический процесс генерации электрического тока в замкнутом контуре при условии изменения магнитного потока, перемещающегося сквозь него. Первый электродвигатель по такому принципу был создан в 1821 году ученым из Британии Майклом Фарадеем и представлял собой не закрепленный стальной провод, который был погружен в чан с ртутью, где в середине был установлен вечный магнит. Под влиянием электрического воздействия на провод, последний образовывал вокруг себя циклическое магнитное поле, что заставляло его кружить вокруг магнита.

В дальнейшем принцип действия электродвигателя (электромагнетизма) до ума довел русский ученый Б. С. Якоби. Он первый в 1834 году смог изобрести техническое приспособление, которое было в состоянии создавать круговое вращение, что порождало собой привидение в движение механические устройства. Развивая эту идею, Якоби достиг роста мощности своего первого прототипа электродвигателя с 15 Вт до 550 Вт. В 1839 году электрический двигатель этого гения был в состоянии развить 1 лошадиную силу, что позволяло перемещать лодку с весом около тонны по реке против течения.

Устройство электродвигателя

В основе конструкции любого электродвигателя лежит наличие двух самых важных элементов - неподвижная часть “статор” (“индуктор” для двигателей постоянного напряжения) и подвижная часть “ротор” (“якорь” для машин постоянного напряжения). Под воздействием электрического тока на обмотки статора, генерируется вращающееся электромагнитное поле, под влиянием которого на обмотку ротора и вызывая тем самым ток индукции, заставляет его вращаться в определенном направлении. Этот процесс объясняется законом Ампера: на проводник под напряжением, внедренный в зону электромагнитного поля, действует электродвижущая сила (ЭДС). Электродвигатели отличаются по параметру частоты вращения ротора (якоря), который зависит от числа пар магнитных полюсов и частоты напряжения питания сети.

1. КОРПУС

2. РОТОР

3. КЛЕММНАЯ КОРОБКА

4. СТАТОР

5. ВАЛ

Типы электродвигателей

Современные виды электродвигателей имеют широкую классификацию по разным конструктивным и функциональным признакам. Прежде всего, их принято делить по принципу возникновения вращающего момента на:

  • Электродвигатель гистерезисный - в процессе перемагничивания ротора возникает свойство физической системы, гистерез, который собственно и создает вращающий момент. Электрооборудование данного типа очень редко находят применение в промышленной сфере.
  • Электромагнитный электродвигатель - самый распространенный тип, применяемый практически во всех бытовых и промышленных областях.

Данная группа в свою очередь делиться по характеру потребления питания на:

  • Эл двигатель постоянного тока - питается от сети с постоянным напряжением. Такой вид устройства может быть выполнен так же в разных вариантах: с отсутствием щеточно-коллекторного узла или с его наличием. В последнем предусмотрена градация по типу возбуждения на: двигатели с независимым возбуждением и самовозбуждением, которые тоже могут разнится по характеру обмотки и быть исполнены в таких формах: параллельно, последовательно, смешано.
  • Электрический двигатель переменного тока - питание осуществляется от сети с переменным типом напряжения.

Такой вид электромагнитных преобразователей классифицируются по принципу работы на:

  • Синхронный электродвигатель - суть заключается в синхронном вращении ротора с электромагнитным полем статора при одинаковой частоте. Такие приспособления отличаются особо высокой мощностью достигающей сотни киловатт и более того.
  • Асинхронный двигатель переменного тока - функционирует на основе того, что частота вращения электромагнитного поля статора не совпадает с частотой вращения ротора, по типу исполнения обмотки который может быть короткозамкнутым или же фазовым. По количеству фаз электродвигатели асинхронные выступают в однофазном или трехфазном вариантах.

Для чего нужен электродвигатель и чем они отличаются

Что из себя представляет электродвигатель

Говоря техническим языком, электродвигатель является элементом, который преобразует электричество в механическую энергию, что приводит в движение весь механизм. Поэтому двигатель и называют главным составляющим. Давайте же разберемся подробнее, для чего нужен электродвигатель, из чего он состоит и как работает.Первые модели были произведены еще в 19 ст. Но перед этим была четко сформулирована цель – получить механическую энергию для передвижения и других действий с помощью электричества.

Разберемся, из чего состоит электродвигатель. Главными элементами считаются статор – неподвижная часть (корпус) и ротор – подвижная часть механизма. Помимо этого, в состав двигателя входят еще десятки мелких деталей, таких как подшипники, обмотка из медной проволоки и так далее. На этой странице можно посмотреть все электрические характеристики электродвигателей.

Теперь давайте рассмотрим виды электрических двигателей. В основном они классифицируются по типу питания – это двигатели постоянного тока и переменного, и по принципу работы – синхронные и асинхронные. Двигатели постоянного тока так называются, так как работают от различных блоков питания, аккумуляторов и прочих батарей. Переменного, потому что соединяются напрямую с электрической сетью.

Синхронные механизмы имеют обмотки на роторе и подают на них напряжение для работы двигателя. Асинхронные – не имеют данных компонентов. Поэтому скорость вращения будет заметно медленнее, так отсутствует магнитное поле, созданного в статоре.

Как работает и что делает электродвигатель

Когда механизм соединяется с источником питания, на обмотке возникает магнитное поле, которое и вращает ротор в статоре. Это происходит по закону Ампера. Ведь создается отталкивающая сила, способная вращать вал и приводить в движение другие детали. Частота оборотов ротора напрямую зависит от частоты приходящего на витки электричества, а также от количества пар магнитных полюсов. Кстати, название данной разновидности пошло от того факта, что скорость вращения ротора различалась с частотой оборотов магнитного поля, то есть эти показатели были асинхронными.

Синхронные же двигатели немного отличаются строением ротора. В таком типе электродвигателей, ротор играет роль магнита, который и создает поле для вращения. Здесь магнитное поле статора и сам ротор вращаются с одинаковой частотой. Но есть один, очень значимый минус. Чтобы запустить синхронный электродвигатель, нужно воспользоваться помощью асинхронного. Ведь после простого подключения механизма к сети, ничего не произойдет.

К этому недостатку можно прибавить низкую скорость оборотов. К примеру, если взять асинхронный и синхронный двигатели и подключить их к источнику электричества одинакового напряжения, то первый тип будет вращаться заметно быстрее второго.

Где используют электродвигатели

Они имеют множество неоспоримых преимуществ и особенностей, что делают механизм уникальным и незаменимым. В современном мире данный тип двигателя широко используется практически во всех сферах жизнедеятельности человека. Приобрести электродвигатели можно в каталоге электродвигателей аир.

Применение электрических двигателей начинается от небольших игрушек, и заканчивается большими предприятиями и народными хозяйствами. С помощью этого механизма стало возможно поднимать и передвигать огромные предметы.

Если коротко резюмировать данную статью, то хочется еще раз подчеркнуть значимость таких двигателей в жизни человека. Без них, многие сферы просто не смогли бы нормально функционировать и развиваться. Поэтому нужно тщательно подходить к выбору электродвигателя, ведь его поломка чревата остановкой производства или другого важного процесса, что повлечет за собой материальные и нематериальные убытки. Быстро подобрать необходимый мотор помогут наши специалисты.


 Электродвигатель АИР характеристики

Тип двигателя  Р, кВт Номинальная частота вращения, об/мин кпд,* COS ф 1п/1н Мп/Мн Мmах/Мн 1н, А Масса, кг
АИР56А2 0,18 2840 68,0 0,78 5,0 2,2 2,2 0,52 3,4
АИР56В2 0,25 2840 68,0 0,698 5,0 2,2 2,2 0,52 3,9
АИР56А4 0,12 1390 63,0 0,66 5,0 2,1 2,2 0,44 3,4
АИР56В4 0,18 1390 64,0 0,68 5,0 2,1 2,2 0,65 3,9
АИР63А2 0,37 2840 72,0 0,86 5,0 2,2 2,2 0,91 4,7
АИР63В2 0,55 2840 75,0 0,85 5,0 2,2 2,3 1,31 5,5
АИР63А4 0,25 1390 68,0 0,67 5,0 2,1 2,2 0,83 4,7
АИР63В4 0,37 1390 68,0 0,7 5,0 2,1 2,2 1,18 5,6
АИР63А6 0,18 880 56,0 0,62 4,0 1,9 2 0,79 4,6
АИР63В6 0,25 880 59,0 0,62 4,0 1,9 2 1,04 5,4
АИР71А2 0,75 2840 75,0 0,83 6,1 2,2 2,3 1,77 8,7
АИР71В2 1,1 2840 76,2 0,84 6,9 2,2 2,3 2,6 10,5
АИР71А4 0,55 1390 71,0 0,75 5,2 2,4 2,3 1,57 8,4
АИР71В4 0,75 1390 73,0 0,76 6,0 2,3 2,3 2,05 10
АИР71А6 0,37 880 62,0 0,70 4,7 1,9 2,0 1,3 8,4
АИР71В6 0,55 880 65,0 0,72 4,7 1,9 2,1 1,8 10
АИР71А8 0,25 645 54,0 0,61 4,7  1,8 1,9 1,1 9
АИР71В8 0,25 645 54,0 0,61 4,7  1,8 1,9 1,1 9
АИР80А2 1,5 2850 78,5 0,84 7,0 2,2 2,3 3,46 13
АИР80А2ЖУ2 1,5 2850 78,5 0,84 7,0 2,2 2,3 3,46 13
АИР80В2 2,2 2855 81,0 0,85 7,0 2,2 2,3 4,85 15
АИР80В2ЖУ2 2,2 2855 81,0 0,85 7,0 2,2 2,3 4,85 15
АИР80А4 1,1 1390 76,2 0,77 6,0 2,3 2,3 2,85 14
АИР80В4 1,5 1400 78,5 0,78 6,0 2,3 2,3 3,72 16
АИР80А6 0,75 905 69,0 0,72 5,3 2,0 2,1 2,3 14
АИР80В6 1,1 905 72,0 0,73 5,5 2,0 2,1 3,2 16
АИР80А8 0,37 675 62,0 0,61 4,0 1,8 1,9 1,49 15
АИР80В8 0,55 680 63,0 0,61 4,0 1,8 2,0 2,17 18
АИР90L2 3,0 2860 82,6 0,87 7,5 2,2 2,3 6,34 17
АИР90L2ЖУ2 3,0 2860 82,6 0,87 7,5 2,2 2,3 6,34 17
АИР90L4 2,2 1410 80,0 0,81 7,0 2,3 2,3 5,1 17
АИР90L6 1,5 920 76,0 0,75 5,5 2,0 2,1 4,0 18
АИР90LA8 0,75 680 70,0 0,67 4,0 1,8 2,0 2,43 23
АИР90LB8 1,1 680 72,0 0,69 5,0 1,8 2,0 3,36 28
АИР100S2 4,0 2880 84,2 0,88 7,5 2,2 2,3 8,2 20,5
АИР100S2ЖУ2 4,0 2880 84,2 0,88 7,5 2,2 2,3 8,2 20,5
АИР100L2 5,5 2900 85,7 0,88 7,5 2,2 2,3 11,1 28
АИР100L2ЖУ2 5,5 2900 85,7 0,88 7,5 2,2 2,3 11,1 28
АИР100S4 3,0 1410 82,6 0,82 7,0 2,3 2,3 6,8 21
АИР100L4 4,0 1435 84,2 0,82 7,0 2,3 2,3 8,8 37
АИР100L6 2,2 935 79,0 0,76 6,5 2,0 2,1 5,6 33,5
АИР100L8 1,5 690 74,0 0,70 5,0 1,8 2,0 4,4 33,5
АИР112M2 7,5 2895 87,0 0,88 7,5 2,2 2,3 14,9 49
АИР112М2ЖУ2 7,5 2895 87,0 0,88 7,5 2,2 2,3 14,9 49
АИР112М4 5,5 1440 85,7 0,83 7,0 2,3 2,3 11,7 45
АИР112MA6 3,0 960 81,0 0,73 6,5 2,1 2,1 7,4 41
АИР112MB6 4,0 860 82,0 0,76 6,5 2,1 2,1 9,75 50
АИР112MA8 2,2 710 79,0 0,71 6,0 1,8 2,0 6,0 46
АИР112MB8 3,0 710 80,0 0,73 6,0 1,8 2,0 7,8 53
АИР132M2 11 2900 88,4 0,89 7,5 2,2 2,3 21,2 54
АИР132М2ЖУ2 11 2900 88,4 0,89 7,5 2,2 2,3 21,2 54
АИР132S4 7,5 1460 87,0 0,84 7,0 2,3 2,3 15,6 52
АИР132M4 11 1450 88,4 0,84 7,0 2,2 2,3 22,5 60
АИР132S6 5,5 960 84,0 0,77 6,5 2,1 2,1 12,9 56
АИР132M6 7,5 970 86,0 0,77 6,5 2,0 2,1 17,2 61
АИР132S8 4,0 720 81,0 0,73 6,0 1,9 2,0 10,3 70
АИР132M8 5,5 720 83,0 0,74 6,0 1,9 2,0 13,6 86
АИР160S2 15 2930 89,4 0,89 7,5 2,2 2,3 28,6 116
АИР160S2ЖУ2 15 2930 89,4 0,89 7,5 2,2 2,3 28,6 116
АИР160M2 18,5 2930 90,0 0,90 7,5 2,0 2,3 34,7 130
АИР160М2ЖУ2 18,5 2930 90,0 0,90 7,5 2,0 2,3 34,7 130
АИР160S4 15 1460 89,4 0,85 7,5 2,2 2,3 30,0 125
АИР160S4ЖУ2 15 1460 89,4 0,85 7,5 2,2 2,3 30,0 125
АИР160M4 18,5 1470 90,0 0,86 7,5 2,2 2,3 36,3 142
АИР160S6 11 970 87,5 0,78 6,5 2,0 2,1 24,5 125
АИР160M6 15 970 89,0 0,81 7,0 2,0 2,1 31,6 155
АИР160S8 7,5 720 85,5 0,75 6,0 1,9 2,0 17,8 125
АИР160M8 11 730 87,5 0,75 6,5 2,0 2,0 25,5 150
АИР180S2 22 2940 90,5 0,90 7,5 2,0 2,3 41,0 150
АИР180S2ЖУ2 22 2940 90,5 0,90 7,5 2,0 2,3 41,0 150
АИР180M2 30 2950 91,4 0,90 7,5 2,0 2,3 55,4 170
АИР180М2ЖУ2 30 2950 91,4 0,90 7,5 2,0 2,3 55,4 170
АИР180S4 22 1470 90,5 0,86 7,5 2,2 2,3 43,2 160
АИР180S4ЖУ2 22 1470 90,5 0,86 7,5 2,2 2,3 43,2 160
АИР180M4 30 1470 91,4 0,86 7,2 2,2 2,3 57,6 190
АИР180М4ЖУ2 30 1470 91,4 0,86 7,2 2,2 2,3 57,6 190
АИР180M6 18,5 980 90,0 0,81 7,0 2,1 2,1 38,6 160
АИР180M8 15 730 88,0 0,76 6,6 2,0 2,0 34,1 172
АИР200M2 37 2950 92,0 0,88 7,5 2,0 2,3 67,9 230
АИР200М2ЖУ2 37 2950 92,0 0,88 7,5 2,0 2,3 67,9 230
АИР200L2 45 2960 92,5 0,90 7,5 2,0 2,3 82,1 255
АИР200L2ЖУ2 45 2960 92,5 0,90 7,5 2,0 2,3 82,1 255
АИР200M4 37 1475 92,0 0,87 7,2 2,2 2,3 70,2 230
АИР200L4 45 1475 92,5 0,87 7,2 2,2 2,3 84,9 260
АИР200M6 22 980 90,0 0,83 7,0 2,0 2,1 44,7 195
АИР200L6 30 980 91,5 0,84 7,0 2,0 2,1 59,3 225
АИР200M8 18,5 730 90,0 0,76 6,6 1,9 2,0 41,1 210
АИР200L8 22 730 90,5 0,78 6,6 1,9 2,0 48,9 225
АИР225M2 55 2970 93,0 0,90 7,5 2,0 2,3 100 320
АИР225M4 55 1480 93,0 0,87 7,2 2,2 2,3 103 325
АИР225M6 37 980 92,0 0,86 7,0 2,1 2,1 71,0 360
АИР225M8 30 735 91,0 0,79 6,5 1,9 2,0 63 360
АИР250S2 75 2975 93,6 0,90 7,0 2,0 2,3 135 450
АИР250M2 90 2975 93,9 0,91 7,1 2,0 2,3 160 530
АИР250S4 75 1480 93,6 0,88 6,8 2,2 2,3 138,3 450
АИР250M4 90 1480 93,9 0,88 6,8 2,2 2,3 165,5 495
АИР250S6 45 980 92,5 0,86 7,0 2,1 2,0 86,0 465
АИР250M6 55 980 92,8 0,86 7,0 2,1 2,0 104 520
АИР250S8 37 740 91,5 0,79 6,6 1,9 2,0 78 465
АИР250M8 45 740 92,0 0,79 6,6 1,9 2,0 94 520
АИР280S2 110 2975 94,0 0,91 7,1 1,8 2,2 195 650
АИР280M2 132 2975 94,5 0,91 7,1 1,8 2,2 233 700
АИР280S4 110 1480 94,5 0,88 6,9 2,1 2,2 201 650
АИР280M4 132 1480 94,8 0,88 6,9 2,1 2,2 240 700
АИР280S6 75 985 93,5 0,86 6,7 2,0 2,0 142 690
АИР280M6 90 985 93,8 0,86 6,7 2,0 2,0 169 800
АИР280S8 55 740 92,8 0,81 6,6 1,8 2,0 111 690
АИР280M8 75 740 93,5 0,81 6,2 1,8 2,0 150 800
АИР315S2 160 2975 94,6 0,92 7,1 1,8 2,2 279 1170
АИР315M2 200 2975 94,8 0,92 7,1 1,8 2,2 248 1460
АИР315МВ2 250 2975 94,8 0,92 7,1 1,8 2,2 248 1460
АИР315S4 160 1480 94,9 0,89 6,9 2,1 2,2 288 1000
АИР315M4 200 1480 94,9 0,89 6,9 2,1 2,2 360 1200
АИР315S6 110 985 94,0 0,86 6,7 2,0 2,0 207 880
АИР315М(А)6 132 985 94,2 0,87 6,7 2,0 2,0 245 1050
АИР315MВ6 160 985 94,2 0,87 6,7 2,0 2,0 300 1200
АИР315S8 90 740 93,8 0,82 6,4 1,8 2,0 178 880
АИР315М(А)8 110 740 94,0 0,82 6,4 1,8 2,0 217 1050
АИР315MВ8 132 740 94,0 0,82 6,4 1,8 2,0 260 1200
АИР355S2 250 2980 95,5 0,92 6,5 1.6 2,3 432,3 1700
АИР355M2 315 2980 95,6 0,92 7,1 1,6 2,2 544 1790
АИР355S4 250 1490 95,6 0,90 6,2 1,9 2,9 441 1700
АИР355M4 315 1480 95,6 0,90 6,9 2,1 2,2 556 1860
АИР355MА6 200 990 94,5 0,88 6,7 1,9 2,0 292 1550
АИР355S6 160 990 95,1 0,88 6,3 1,6 2,8 291 1550
АИР355МВ6 250 990 94,9 0,88 6,7 1,9 2,0 454,8 1934
АИР355L6 315 990 94,5 0,88 6,7 1,9 2,0 457 1700
АИР355S8 132 740 94,3 0,82 6,4 1,9 2,7 259,4 1800
АИР355MА8 160 740 93,7 0,82 6,4 1,8 2,0 261 2000
АИР355MВ8 200 740 94,2 0,82 6,4 1,8 2,0 315 2150
АИР355L8 132 740 94,5 0,82 6,4 1,8 2,0 387 2250

Электродвигатель – изобретения и открытия 9000 1

Замена одного вида энергии на другой давно интересовала людей.

С открытием электричества возникла идея попытаться преобразовать энергию электрического тока в механическую энергию. Это стало возможным благодаря наблюдению за существованием электродвижущей силы, которая использовалась для создания электродвигателя.

Задача при конструировании двигателя состояла в том, чтобы найти способ преобразовать кратковременное движение проводника «по течению» в магнитном поле в непрерывное вращательное движение.

К созданию электродвигателя положили начало опыты английского физика и химика Майкла Фарадея, сумевшего сконструировать устройство, превращающее электричество в непрерывное механическое движение. Его опыт, известный как: электрических оборотов , заключался в погружении одного конца проволоки в ртуть, заполняющую сосуд. Он поместил стержневой магнит в центр сосуда. Прикрепив батарею к верхней части проволоки и ртути в сосуде, он заставил проволоку вращаться вокруг магнита.

Электродвигатель работает следующим образом: ротор вращается за счет того, что токонесущие обмотки помещены в магнитное поле. Электромагнит (статор) создает магнитное поле. Ток подается на обмотки ротора. Магнитные поля обмотки и статора взаимодействуют, заставляя ротор немного вращаться. Затем ток подается на следующую обмотку; весь процесс очень быстрый и двигатель крутится.

Используя опыт Фарадея, в 1822 году английский математик и физик Питер Барлоу первым сконструировал прототип электрического двигателя, позже названного Колесом Барлоу.

Первый действующий электродвигатель был построен и запатентован в 1837 году в США. Его создатель, Томас Дэвенпорт, построил свой первый двигатель постоянного тока еще в 1834 году и использовал его для привода электропоезда — игрушки, которая движется по круговой дорожке. Двигатель 1837 года был снабжен электромагнитом и развивал скорость 450 оборотов в минуту, и конструктор использовал его для привода дрели и токарного станка по дереву. Позже Давенпорт построил двигатель еще большего размера для привода ротационной печатной машины, на которой он начал печатать первый в США журнал об электричестве.

В 1834 году русский физик немецкого происхождения Мориц Х. Якоби сконструировал электродвигатель постоянного тока с питанием от гальванических элементов.

Первый миниатюрный двигатель был построен Томасом Алвой Эдисоном в 1880 году для привода электрической ручки, предназначенной для изготовления множителей с точками. Мотор имел размеры 2,5 см на 4 сантиметра и развивал скорость около 4000 об/мин, приводя в движение вибрирующую иглу в держателе, которая проделывала в матрице отверстия, образующие контуры букв.Все питалось от бифокальной батареи. Электрическая ручка Эдисона (было построено около 60 000) успешно дублировала документы, пока не была устранена изобретением пишущей машинки

.


По виду питающего напряжения электродвигатели подразделяются на:
1. Электродвигатели постоянного тока,
2. Электродвигатели переменного тока,
3. Универсальные двигатели.

.

Краткая история электродвигателя | PortalNarzedzi.pl

Электродвигатель — это устройство, используемое для преобразования электричества в механическую работу. Его основными частями являются, как правило, статор с одной или несколькими парами электромагнитов и ротор с обмоткой якоря.

По типу потребляемого тока различают двигатели постоянного и переменного тока (синхронные и асинхронные). По роду переменного тока: однофазные и трехфазные.По принципу действия: асинхронные двигатели (наиболее распространенные), синхронные и коллекторные двигатели (используются все реже). В зависимости от конструкции ротора различают асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором и кольцевые. Общей группой являются также универсальные двигатели, которые могут питаться от постоянного и переменного тока, чаще всего используемые для привода бытовых приборов и электроинструмента. А еще есть ставшие популярными в последнее время линейные асинхронные двигатели, о которых мы упомянем в конце отдельно.

Среди орудий или их агрегатов, то есть устройств, наиболее характерных для технической цивилизации, безусловно, наиболее важным является электродвигатель. Его название лучше всего отражает характер технической эволюции и, следовательно, развития промышленности, в том числе энергетического сектора. Электричество же известно человеку с незапамятных времен. Это было связано в основном с молнией и различными электрическими зарядами, которые приводили к искрообразованию или способности притягивать другие материалы.Однако потребовались столетия развития науки и техники, прежде чем человек смог полностью осознать ее, управлять ею и приспособить к своим нуждам. А открытие электродвигателя и генератора — поскольку эти два устройства фактически должны рассматриваться взаимозаменяемо — напрямую связано с открытием связи между магнетизмом и электричеством.

Так, в 1820 году датчанин Христиан Орестед заметил, что магнитная стрелка, расположенная параллельно проводу, наклоняется, когда по проводу проходит электрический ток.Это открытие заинтриговало ныне выдающегося английского ученого Майкла Фарадея. Он спрашивал себя, нельзя ли с помощью магнитного поля генерировать электрический ток? Пытаясь найти ответ, он провел множество экспериментов, в результате которых ему удалось наблюдать явление, названное впоследствии электромагнитной индукцией. Таким образом, он показал, что проводник с током действует как магнит. Затем он заметил, что в проводнике возникает электрический ток, когда магнит приближается к нему или удаляется от него.Это открытие лежит в основе работы генератора. А работу генератора в принципе всегда можно обратить - когда мы снабдим его электричеством, он начнет работать как двигатель. Сам опыт Фарадея, названный «электрическими цепями», был очень простым. Он заключался в погружении одного конца проволоки в ртуть, заполняющую сосуд. Он поместил стержневой магнит в центр сосуда. Включив батарейку в верхнюю часть провода и ртуть в сосуд, он заставил проволоку вращаться вокруг магнита — она начала вращаться.

Используя открытие Фарадея, Филип Барлоу был первым, кто сконструировал прототип электродвигателя, позже названного Колесом Барлоу, в 1822 году.Однако создателем электрической машины считается Фарадей, который в 1831 году построил первую модель электродвигателя — это был знаменитый т. н. Щит Фарадея. Однако первая имеющая практическое значение электрическая машина была построена в 1834 г. русским физиком немецкого происхождения М.Г. Якоби. Его двигатель постоянного тока с коммутатором использовался для приведения в движение небольшой речной лодки. С другой стороны, первый патент на электродвигатель был разработан в 1837 году Томасом Давенпортом (свой первый двигатель постоянного тока он построил в 1834 году и использовал его для привода электропоезда — игрушки).Двигатель 1837 года был снабжен электромагнитом и развивал скорость 450 об/мин, и конструктор использовал его для привода дрели и токарного станка по дереву. Позже Давенпорт построил двигатель еще большего размера для привода ротационной печатной машины, которая начала печатать первый в США журнал об электричестве.

Как мы упоминали ранее - когда вы снабжаете генератор электричеством, он начинает действовать как двигатель - поэтому генератор и двигатель также имеют общую историю. И вот, около 1845 г. необходимое магнитное поле стало создаваться в генераторах с помощью электромагнитов, снабжаемых электричеством от гальванических элементов

или от других генераторов (что позволяло получать более сильные токи).Изобретение В. фон Сименсом в 1866 генератора самовозбуждения (знаменитая динамо-машина) явилось значительным распространением конструкции. Он использовал известное в течение нескольких лет явление, состоящее в том, что электромагнит, через который не протекает ток, имеет небольшое остаточное магнитное поле. В результате в последнем появляется очень слабый ток после вращения ротора. Сименс разработал систему, в которой этот слабый ток ротора возбуждал электромагниты для усиления их магнитного поля, что, в свою очередь, увеличивало ток ротора и т. д.чтобы через некоторое время генератор заработал на полную мощность.

Дальнейшим усовершенствованием этого решения стал генератор постоянного тока конструкции А. Пачинотти, который усовершенствовал некий Грамм, молодой столяр-модельер с парижского завода электромашин, впоследствии ставший талантливым конструктором. Машина Грамма, хотя и задумывалась как генератор с автовозбуждением, оказалась также неплохим двигателем, первым более известным электродвигателем.

После изобретения в 1884-85 годах трансформатора, позволившего передавать переменный ток высокого напряжения почти без потерь на большие расстояния, приоритет стали приобретать машины переменного тока.Решающим шагом в развитии двигателя переменного тока стало изобретение асинхронного или асинхронного двигателя.

Название «асинхронный» (вне времени) происходит от того, что скорость вращения ротора немного меньше скорости магнитного поля. В этом двигателе вращающееся магнитное поле, создаваемое протеканием переменного тока через обмотку статора, действует на ток, индуцируемый этим полем в обмотке ротора. Это создает механические силы, которые заставляют ротор вращаться.Такие двигатели надежны в работе и просты в сборке. Важно, чтобы они запускались самостоятельно при включении питания.

Первый асинхронный двигатель был построен Дж. Н. Теслой в 1887 году на основе более ранних исследований Г. Феррарисом вращающегося магнитного поля. Двигатель Теслы был двухфазным двигателем и поэтому имел серьезные недостатки. Трехфазный двигатель с короткозамкнутым ротором, построенный поляком М. Доливо-Добровольским в 1889 г., оказался превосходным.

В этой многочисленной области открытий уместно было бы также упомянуть «изобретателя изобретений» Томаса Алва Эдисона, который в 1880 году построил миниатюрный двигатель для привода пера для изготовления множительных матриц с точками.Двигатель Эдисона был размером 2,5 см на 4 см и достигал 4000 оборотов в минуту, приводя в движение вибрирующую иглу в держателе, которая пробивала отверстия в матрице, образующие контуры букв. Все питалось от бифокальной батареи. Электронная ручка Эдисона – их было выпущено около 60 000 штук! - успешно копировали документы, и только изобретение пишущей машинки устранило их.

Следующим прорывом в использовании и производстве электродвигателей стали линейные асинхронные двигатели. И хотя они были открыты еще в девятнадцатом веке, популярными они стали довольно поздно, во второй половине двадцатого века.Следует также упомянуть, что линейные двигатели работают по тому же принципу, что и асинхронные двигатели переменного тока, с той разницей, что вместо вращающегося магнитного поля у них поле линейно движущееся. Таким образом, вместо вращательного движения, которое возникает в обычном вращательном двигателе, в линейном двигателе возникает поступательное движение. Их бесспорно отличает скорость, надежность и широкий спектр применения — от сверхскоростных поездов до целого ряда переключателей, толкателей и т. д., ядерным реакторам и ракетным установкам.

Первый патент, относящийся к

для линейных асинхронных двигателей, был зарегистрирован в 1890 году мэром Питтсбурга. В 1895 году Жаккард, Уивер и компания Electric Shuttle Company подали британский патент на электродвигатель для привода челнока на ткацком станке. Первое предложение использовать линейный двигатель для привода поезда было сделано в 1905 году, но только через полвека такой двигатель стал использоваться в тяге. Такая длительная задержка была вызвана не техническими или материальными причинами, а отсутствием необходимости.Другие более дешевые и простые формы движения удовлетворяли потребности в скорости, ускорении и уверенности движения в то время.

Первое широкомасштабное практическое применение линейного двигателя на транспорте произошло в 1946 году в США — компания Westinghouse изготовила устройство под названием «Электропульт» для разгона самолетов на взлетно-посадочных полосах. С 1950 года линейный асинхронный двигатель стал предметом всеобщего интереса, и спектр его применения больше не ограничивается текстильной и тяговой промышленностью.

В 1954 году, например, во Франборо, Англия, был построен высокоскоростной линейный двигатель постоянного тока, который мог придавать массам в несколько кг скорость около 450 м/с в аэродинамической трубе. В 1960-х годах была представлена ​​новая, промежуточная версия поворотных асинхронных двигателей. А в последние десятилетия 20-го века теоретические и практические работы по линейным двигателям уже умножились, привлекая внимание исследователей и инженеров, заинтересованных в создании очень быстрых транспортных средств.

.

Как работает электродвигатель? | Ультраробототехника

Электродвигатели используются в бытовом оборудовании, а также в автоматизации, робототехнике и передовых промышленных машинах. Узнайте больше о том, когда они были созданы и как электрическая энергия преобразуется в механическую.

Электродвигатели применяются в механизмах автоматических дверей, шлагбаумов, лифтов и эскалаторов . Вы также найдете их в небольших бытовых устройствах: бритвы, триммеры и электрические зубные щетки.Они есть в каждом автомобиле внутреннего сгорания - , они действуют как стартер , который позволяет запустить двигатель внутреннего сгорания. Благодаря все более лучшим параметрам используемых аккумуляторов, уже несколько лет на рынке появляется все больше и больше дорожных транспортных средств с электродвигателем - автомобили, мотоциклы, мотороллеры, а также мотороллеры и электровелосипеды.

Электродвигатели

уже много лет используются в промышленности в качестве привода для специализированных машин : лебедок, конвейеров, лебедок, насосов или вентиляторов.Целых ⅔ электроэнергии, используемой в промышленности, используется для питания электродвигателей.

Кто изобрел электродвигатель?

Непосредственным началом электродвигателей стали эксперименты Майкла Фарадея , который в 1831 году сконструировал устройство, преобразующее электричество в механическое движение. Он окунул один конец проволоки в сосуд, наполненный ртутью, и поместил в центр стержневой магнит. После подключения батареи проволоку заставляли вращаться вокруг магнита.На основе этих опытов в 1822 году английский физик и математик Питер Барлоу создал первый прототип электродвигателя , который позже получил название «Колесо Барлоу». В 1837 году Томас Давенпорт сконструировал и впервые запатентовал свой электродвигатель , который первоначально использовался для питания игрушечного электропоезда, дрели и токарного станка по дереву. Несколько лет спустя Давенпорт разработал более мощный электродвигатель для ротационной печатной машины. Первый миниатюрный электродвигатель был построен Томасом Алва Эдисоном в 1880 году . Он использовался в электрической ручке, которая использовалась для дублирования документов.

Как работает электродвигатель?

Роль электродвигателя заключается в преобразовании электрической энергии в механическую . Ток, подаваемый на двигатель, приводит его в движение. Разделение электродвигателей может производиться по типу питающего напряжения. Есть электродвигателей постоянного тока, электродвигателей переменного тока и универсальных двигателей.

Простейший двигатель постоянного тока состоит из:

  • Щетки - подача электроэнергии на двигатель,
  • коммутаторы - меняют направление тока в рамке, благодаря чему можно дополнительно повернуть рамку в одну сторону.
  • магниты - создают магнитное поле, которое приводит раму в движение,
  • ротор (рама) - это та часть двигателя, которая приводится в движение.

Поскольку магниты имеют противоположные полюса, между ними создается магнитное поле .Между ними также находится ротор, который может свободно вращаться. Он подключается к источнику питания через коммутатор и щетки. Силы, действующие на безель, приводят к крутящему моменту , равному . Задача коммутаторов, среди прочего изменение направления тока через рамку, благодаря чему возможен дальнейший поворот в одну сторону.

Основными параметрами электродвигателей являются скорость и крутящий момент . Они зависят от правильно подобранной обмотки, применяемых электронных контроллеров или механических трансмиссий.

Коллекторные (щеточные) двигатели могут питаться от постоянного или переменного тока.

Второй тип электродвигателей — это бесщеточные двигатели (BLDC), которые относятся к и оснащены щетками и коммутатором , поэтому компоненты изнашиваются и создают шум. К основным частям такого двигателя относятся ротор и статор . Крутящий момент создается взаимодействием магнитных полей ротора и статора. Развиваемый крутящий момент влияет на габариты и вес бесколлекторного двигателя - быстроходные машины намного меньше и легче тихоходных машин .

Самые большие преимущества двигателей BLDC включают:

  • простая конструкция,
  • низкие эксплуатационные расходы, отсутствие быстроизнашивающихся деталей,
  • высокая эффективность,
  • большая удельная масса двигателя,
  • простая система управления,
  • тихая работа,
  • высокий пусковой момент,
  • точный контроль скорости.

Недостатками бесколлекторных двигателей являются прежде всего более высокие затраты на покупку .

Популярным типом электропривода также являются шаговые двигатели (также известные как шаговые двигатели) . В этом случае ротор вращается не непрерывно, а под определенным углом. Шаговые двигатели подходят для приложений, где необходимо точное управление движением (угол, скорость, положение или контроль синхронизма), в т.ч. по автоматизации, робототехнике и электронному оборудованию (струйные принтеры, CD/DVD приводы) .В настоящее время они используются во многих бытовых устройствах.

Конкуренцию шаговым двигателям составляют сервоприводы. Шаговые двигатели подходят для приложений, где требуется для работы с максимальной скоростью 1000 об/мин . На более высоких скоростях крутящий момент таких конструкций резко падает. Для приложений, где требуются гораздо более высокие скорости, чаще всего используются серводвигатели .

Ultra Robotics уже более 15 лет предлагает приводные решения для робототехники, внутренней логистики, автоматизации складов, станков с числовым программным управлением и других точных систем, в которых используется безлюфтовая приводная технология.

Есть вопросы? Воспользуйтесь вкладкой контактов — наши специалисты помогут выбрать решение, наиболее подходящее для ваших нужд.

.

Работа электродвигателя и его применение

Преобразование энергии из электрической в ​​механическую объяснил британский ученый Майкл Фарадей в 1821 году. Преобразование энергии можно осуществить, поместив проводник в магнитное поле. Так проводник начинает вращаться за счет создаваемого крутящего момента от магнитного поля и электрического тока. Британский ученый Уильям Стерджен сконструировал машину постоянного тока в 1832 году на основе своего закона.Однако это было дорого и не подходило для любого применения. Итак, наконец, первый электродвигатель был изобретен в 1886 году Фрэнком Джулианом Спрагом.



Что такое электродвигатель?

Электродвигатель можно определить как один из типов машин, используемых для преобразования электрической и механической энергии. Большинство двигателей работают за счет связи между электрическим током и магнитным полем обмотки двигателя для создания силы в виде вращения вала.Эти двигатели могут запускаться от источника постоянного или переменного тока. Генератор механически похож на электродвигатель, но работает в обратном направлении, преобразовывая механическую энергию в электрическую. Схема электродвигателя представлена ​​ниже.

Классификация электродвигателей может быть сделана на основе таких соображений, как тип источника тока, конструкция, тип выхода движения и область применения. Это двигатели переменного тока, постоянного тока, бесщеточные, щеточные, фазные двигатели, такие как однофазные, двух- или трехфазные и т. д.Двигатели с типичными свойствами и размерами могут обеспечить достаточную механическую мощность для промышленного использования. Эти двигатели используются в насосах, промышленных вентиляторах, станках, воздуходувках, электроинструментах, дисководах.



электродвигатель

Конструкция электродвигателя

Конструкция электродвигателя может состоять из ротора, подшипников, статора, воздушного зазора, обмотки, коммутатора и т.д.



строительные электродвигатели

Ротор

Ротор электродвигателя является движущейся частью, и его основная функция заключается в вращении вала для выработки механической энергии. По сути, ротор содержит проводники, предназначенные для передачи тока и сообщающиеся с магнитным полем статора.

Подшипник

Подшипники в двигателе в основном поддерживают ротор, который активирует его ось. Вал двигателя расширяется с помощью подшипников в зависимости от нагрузки на двигатель.Поскольку силы нагрузки действуют снаружи подшипника, нагрузка определяется как вылет.

Статор

Статор в двигателе является неактивной частью электромагнитной цепи. Включает в себя постоянные магниты или обмотки. Статор может быть изготовлен из множества тонких листов, известных как ламинаты. В основном они используются для уменьшения потерь энергии.

Воздушный зазор

Воздушный зазор — это пространство между статором и ротором.Влияние воздушного зазора зависит в основном от зазора. Это основной источник низкого коэффициента мощности двигателя. Когда воздушный зазор между статором и ротором увеличивается, ток намагничивания также увеличивается. По этой причине воздушный зазор должен быть меньше.

Обмотки

Обмотки двигателя представляют собой провода, уложенные внутри катушек, обычно намотанные на гибкий железный магнитный сердечник, так что они образуют магнитные полюса при подаче питания.Медь является наиболее часто используемым материалом для обмотки двигателя. Медь является наиболее распространенным материалом для обмоток, также используется алюминий, хотя он должен быть прочным, чтобы безопасно выдерживать аналогичную электрическую нагрузку.

Коллектор

Коллектор представляет собой полукольцо в двигателе из меди. Основная функция этого заключается в подключении щеток к катушке. Кольца коммутатора используются для обеспечения того, чтобы направление тока в катушке менялось на противоположное каждые полпериода, так что одна сторона катушки часто выталкивается вверх, а другая сторона катушки выталкивается вниз.

Работа электродвигателя

В основном большинство электродвигателей работают на электромагнитном или индукционном принципах, однако существуют различные типы двигателей, в которых используются другие электромеханические методы, а именно пьезоэффект и электростатическая сила.

Основной принцип электромагнитных двигателей может зависеть от механической энергии, которая воздействует на проводник посредством потока электрического тока и находится в магнитном поле.Направление механической силы перпендикулярно магнитному полю и проводнику и магнитному полю.

Типы электродвигателей

В настоящее время наиболее часто используемыми электродвигателями являются двигатели переменного и постоянного тока

Двигатель переменного тока

Двигатели переменного тока делятся на три типа, а именно асинхронные двигатели, синхронные двигатели и линейные двигатели

Двигатель постоянного тока

Двигатели постоянного тока подразделяются на два типа, а именно: двигатели с самовозбуждением и двигатели с независимым возбуждением

Электродвигатели

Электродвигатели включают:

  • Электродвигатели в основном включают воздуходувки, вентиляторы, станки, краскораспылители, турбины, электроинструменты, генераторы переменного тока, компрессоры, прокатные станы, корабли, конвейеры, бумажные фабрики.
  • Электродвигатель является незаменимым устройством в различных приложениях, таких как отопление, вентиляция и охлаждение, бытовая техника и автомобили.

Преимущества электродвигателя

Электродвигатели имеют ряд преимуществ по сравнению с обычными двигателями, в том числе следующие.

  • Базовая стоимость этих двигателей ниже по сравнению с двигателями, работающими на ископаемом топливе, но номинальная мощность обоих двигателей одинакова.
  • Эти двигатели содержат движущиеся части, что увеличивает срок их службы.
  • Эффективность этих двигателей составляет до 30 000 часов благодаря правильному обслуживанию. Таким образом, каждый двигатель требует минимального обслуживания
  • Эти двигатели чрезвычайно эффективны, а автоматическое управление позволяет запускать и останавливать функции автоматически.
  • Эти двигатели не потребляют топлива, так как не требуют обслуживания моторного масла, в противном случае требуется обслуживание аккумуляторной батареи.

Недостатки электродвигателя

Недостатки данных двигателей следующие.

  • Большие электродвигатели не так легко перемещать, поэтому необходимо учитывать точное напряжение и силу тока.
  • Обычно эти двигатели работают более эффективно.

Итак, все дело в электродвигателе, и его основная функция заключается в преобразовании энергии из электрической в ​​механическую.Эти двигатели очень тихие и удобные, они используют переменный ток или постоянный ток. Эти двигатели доступны везде, где механическое движение может быть переменного или постоянного тока. Вот вам вопрос, как сделать электродвигатель?

.

Ключ к современной промышленности - rp.pl

«Самое главное невидимо для глаз…» Это цитата из прекрасной книги «Маленький принц» Антуана де Сент-Экзюпери. Я привел ее потому, что мне очень нравится эта книга, а также потому, что один из важнейших этапов развития электротехники обычно остается незамеченным и недооцененным в различных исторических исследованиях, и хочу отметить, что он был самым важным. Этим этапом стало использование электродвигателей для привода различных машин и устройств.Это было основой так называемой Второй промышленной революции, временно на рубеже 19-го и 20-го веков. О конструкции первых электродвигателей и их применении (тем более наглядных) я писал в предыдущих статьях, а сегодня хочу рассказать вам о том, как коренным образом изменились заводы благодаря использованию этих двигателей.

Заводы, инициировавшие техническую революцию в 19 веке (тогда еще не знали, что это первая революция и что эти революции надо будет сосчитать), использовали паровую машину.Так как такая машина требовала постоянной работы (например, сжигание под парогенератором), то на всю фабрику использовалась одна большая машина, а механическая энергия от этой приводной машины подавалась на ткацкие станки или другие рабочие машины с помощью огромного привода. валы под потолком заводского цеха и система колес и приводных ремней. Это было хлопотно и очень опасно, потому что крутящиеся рядом с рабочими колеса и мигающие ленты приводили к множеству серьезных аварий – в основном с защемлением или отрывом руки.Прекрасный образ этой архаичной техники представил Анджей Вайда в фильме «Земля обетованная» (1974 г.) Этот фильм, доступный, например, в Интернете, стоит посмотреть, потому что он хорошо срежиссирован и виртуозно сыгран лучшими польскими актерами. показывающие работу паровой двигательной установки всего завода, действительно хорошо представлены в этом фильме - их можно было бы использовать на уроках истории техники!

Электродвигатель меняет картину отрасли

В отличие от рассмотренного выше парового привода - электропривод заводских машин чист и безопасен.Электродвигатели, тихие и эффективные, могут быть размещены на каждой машине отдельно. Более того, если машина выполняет несколько различных действий, для каждого из этих действий может быть выделен отдельный механизм. Это решение также позволяет экономить электроэнергию, ведь ненужные накопители просто отключаются. Ключом к достижению такого совершенства было создание электродвигателя небольшого размера и с высокой эффективностью.

Электродвигатель совершенствовался многими изобретателями и конструкторами, в том числе бельгийцем Зенобом Теофилем Граммом (в 1871 г.) и немец Фридрих фон Хефнер-Альтенек (в 1882 г.). Однако они и строили, и улучшали двигатели постоянного тока — менее удобные и более дорогие. Настоящим достижением (используемым до сих пор!) стало создание двигателя переменного тока. Первый такой двигатель построил итальянец Галилео Феррарис в 1885 году. Он стал членом Академии наук в Турине, но, несмотря на успех на международной выставке в Антверпене, его двигатель не был признан промышленниками. Больше повезло работавшему в США сербу Николе Тесле (я уже несколько раз упоминал в предыдущих статьях), который запатентовал свой двигатель в 1887 году.Тесла уже тогда был признанным изобретателем, благодаря чему его двигатель привлек промышленников. Но это был двухфазный двигатель со значительными эксплуатационными недостатками. Трехфазный двигатель в том виде, в котором он используется до сих пор, был построен нашим соотечественником Михаем Доливо-Добровольским в 1889 году. Он был гениальным конструктором и изобретателем. Он первым в мире построил мощный электродвигатель (сто лошадиных сил!) и показал, что его можно эффективно питать по линии электропередач даже с расстояния в 175 км.К сожалению, Доливо-Добровольский, несмотря на свое польское происхождение и польскую фамилию, всю жизнь проработал в немецких университетах (в Дармштадте, Франкфурте и Гейдельберге), поэтому его часто считают немцем. Но он был сыном польского дворянина Юзефа Доливо-Добровольского, и более того - именно за то, что он был поляком, его исключили из первого же университета, в котором он начал учиться (в Риге). Поляков тогда преследовали по всему разделу России, потому что польский убийца Игнатий Гриневецкий убил царя Александра II.Это наказание, охватившее всех поляков, означало, что Доливо-Добровольский (вместе с родителями) уехал в Германию — там он учился, работал и там прославился.

Преимущества и недостатки электродвигателей

Электродвигатели, генезис которых я кратко описал, имели столько преимуществ, что промышленники стали все больше и больше применять их на фабриках вместо громоздкого и опасного привода с одной центральной паровой машиной. В свою очередь производители рабочих машин стали оснащать их встроенными электродвигателями, сделав их самодостаточными элементами производственного процесса.Облик заводских цехов коренным образом изменился, а труд рабочих стал легче и эффективнее.

Однако вскоре выяснилось, что электродвигатели на заводах имеют и некоторые недостатки. Основным недостатком была плохая способность электродвигателей выдерживать резкие изменения нагрузки. Во многих производственных процессах сопротивление обрабатываемой детали машине может резко и резко измениться. Примером могут служить процессы прокатки на сталелитейном заводе. Когда истребители свободно вращаются в воздухе, сопротивление незначительно.Но когда между валками забивается обработанный брусок стали - необходимо ступенчатое увеличение мощности приводного двигателя, чтобы дробить и раскатывать металл. С паровым приводом проблем практически не было, потому что избыточная мощность и инерция паровой машины преодолевали сопротивление. Электродвигатель таких возможностей не давал.

Проблему решил немецкий инженер-электрик Карл Илгнер, который в 1901 году запатентовал маховик. Электродвигатель Ильгнера имел на валу дополнительное массивное колесо, которое при быстром вращении накапливало большое количество кинетической энергии.Поскольку нагрузка от водила быстро увеличивалась, колесо добавляло свою дополнительную энергию к энергии двигателя, преодолевая увеличившееся сопротивление.

Второй проблемой, с которой столкнулись инженеры в области электродвигателей, был вопрос скорости вращения этих двигателей. Во многих производственных процессах эта скорость должна варьироваться в зависимости от этапа производства. С паровым приводом это могло быть достигнуто за счет преобразования приводных ремней в ведущие колеса большего или меньшего диаметра.Кроме того, паровой двигатель, приводивший в действие всю систему, мог вращаться быстрее или медленнее. Однако с применением электропривода возникла проблема.

Более дешевые и удобные двигатели переменного тока

Первоначально используемые двигатели постоянного тока, такие как те, что используются в трамваях и электромобилях, не вызывали никаких проблем, потому что они могут вращаться быстрее или медленнее в зависимости от величины напряжения, которое мы на них подаем. Регулировка напряжения проста, поэтому управлять такими моторами не составляло труда.Но на заводах применялись более дешевые и удобные двигатели переменного тока (в основном трехфазные), и они имеют одинаковую скорость вращения, диктуемую частотой тока в питающей сети. Частота в сети не может быть изменена, потому что она навязывается генераторами, питающими сеть, и называется синхронной именно потому, что они сохраняют эту постоянную, равную частоту.

Для преодоления этой трудности в современных приводах используются электронные преобразователи частоты и так называемые инверторы, но в конце 19 века, когда на заводы массово поставлялись электродвигатели, это было невозможно.Поэтому было использовано несколько отчаянное решение, которое придумал и популяризировал американский инженер-электрик и изобретатель Гарри Уорд Леонард. В 1891 году он построил приводную систему, состоящую из двигателя переменного тока (питание от электросети), который приводил в действие генератор постоянного тока, который, в свою очередь, приводил в действие привод постоянного тока, приводящий в движение рабочую машину. Это не было элегантным решением (все равно, что лезть в левый карман правой рукой), но благодаря своей простоте оно было очень надежным и до сих пор используется на старых фабриках.

Более элегантным решением стал двигатель Шриге-Рихтера, применяемый в приводах меньшего размера, который благодаря своим двум обмоткам объединял все три машины системы Леонарда и позволял плавно регулировать скорость в диапазоне от 0 до 5000 об/мин. Однако в настоящее время и эти машины используются только в очень старых приводах, поскольку приводы на основе электронных преобразователей частоты несравненно лучше.

.

История изобретений: С каких пор мы ездим на электромобилях?

Идею использования электродвигателей (их изобретение описано в статье «Электричество работает»; «Кое-что об истории», 15 ноября 2019 г.) для привода различных транспортных средств подхватили многие изобретатели и конструкторы. Однако с самого начала развития электротехники было известно, что вода и электричество не любят друг друга. Вода (или даже сама влага) вызывала повреждения и короткие замыкания в электроустановках, а также грозила людям поражением электрическим током и неприятными авариями.

Сначала на воде

Первым электромобилем стала моторная лодка, построенная Борисом Семёновичем Якоби. Этот русский электротехник и физик немецко-еврейского происхождения жил и работал в Санкт-Петербурге, где город пересекает река Нева и сеть каналов. Построив в 1834 г. по указанию царя Николая I усовершенствованный электродвигатель, в 1839 г. он поместил его вместе с большой ячейкой Вольта на большую восьмиметровую лодку и продемонстрировал царю и царским сановникам возможности этого первая электрическая моторная лодка.Лодка брала на борт 14 пассажиров и двигалась со скоростью 5 км/ч по Неве, вызывая большой интерес. Однако электропривод лодки не прижился в больших масштабах, потому что, как я уже говорил, вода и электричество определенно не любят друг друга.

Электромобили под землей

Электрический транспорт прижился и развивался в контексте наземных приложений. Наибольший вклад в этом отношении внес Эрнст Вернер Сименс, который в 1879 году построил первый электровоз и решил проблему, как подвести электричество к движущемуся транспортному средству.Поскольку его локомотив двигался по рельсам, он использовал их в качестве заземленных электрических проводников для отвода электричества от локомотива. С другой стороны, электропитание вагона осуществлялось по третьему рельсу, который должен был быть изолирован от земли, так как по нему проходил ток высокого напряжения, поступающий по специальному коллектору под шасси локомотива.

Первая демонстрация нового паровоза Siemens состоялась во время универсальной выставки в Берлине в 1879 году. Локомотив тянул только один вагон со скамейкой для посетителей, но вызвал большой интерес.С механической точки зрения локомотив был еще очень примитивен. Сименс имитировал паровозы, которые обычно использовались в то время. В ней заменили только паровые цилиндры и поршни с электромагнитами, но передача привода на колеса осуществлялась посредством глухих валов и ферм, механика приспособилась к совершенно другому источнику энергии. Но по сравнению с паровозом у этого электровоза было неоспоримое преимущество: он не дымил!

Это сразу оценили горняки и под землей появились первые электропоезда, где они прекрасно выполняли свою роль.Его также оценили железнодорожники на маршрутах, где поезда должны были проходить через туннели. Первым туннелем, оборудованным электрической тягой, стал туннель Симплон, долгое время считавшийся самым длинным туннелем в мире (19,8 км).

Вертикально и на городских улицах

Успех электровоза побудил Siemens разработать электрическую тягу также для вертикальных транспортных средств. В 1880 году он построил первый электрический лифт. Раньше для вертикальной перевозки людей и грузов использовались различные краны, но они приводились в движение либо заранее подготовленными противовесами, либо беговыми дорожками, приводимыми в движение тягловыми животными.Стоит отметить, что в римском Колизее были установлены лифты, позволяющие одновременно выходить на арену до 20 гладиаторов.

Изобретение паровой машины также механизировало вертикальный транспорт в шахтах. Элеваторы с паровым приводом в шахтах перевозили как добычу, так и горняков. Но эти решения не подходили для использования в домах, офисах, торговых центрах и т. д. Компания Siemens первой применила электродвигатель для привода лифта, тем самым открыв новую эру в области вертикального транспорта.

В следующем году (1881) Сименс вынес свои изобретения на улицы городов. Он встроил в трамвай электродвигатель. В то время трамваи уже присутствовали на городских улицах, но обычно их везли лошади. Заслуга Сименса в том, что он отцепил лошадей от трамвая и добавил электродвигатель — и таким образом построил прототип транспортного средства, которым мы пользуемся до сих пор. Он запустил первую линию электрического трамвая в Гросс-Лихтерфельде (ныне район Берлина).

Для трамвайных линий требовались рельсы, поэтому их установка в городах была дорогостоящей и громоздкой. Но Вернер Сименс не сидел без дела и 29 апреля 1882 года представил новый тип электромобиля, который назвал Электромотор. Это был прототип троллейбуса — электромобиля, который передвигается по обычной дороге, но питается от контактной сети. Электромоте проехал тестовый маршрут на окраине Берлина в Халензее. Маршрут был коротким (541 м, если быть точным), но демонстрация того, что безрельсовое транспортное средство может также использовать электроэнергию от электростанции, было большим достижением.Троллейбусы стали популярны во многих городах мира и функционируют до сих пор – в Польше: в Гдыне, Люблине и Тыхах.

Метро представляло собой комбинацию электрической тяги и подземных тоннелей. Первая электрическая подземная железная дорога была введена в эксплуатацию 18 декабря 1890 года в Лондоне, в полной мере используя преимущества электропривода. Это был великий успех цивилизации!

электромобили 19 века

Тема электромобилей недавно появилась в различных контекстах в связи с поиском способа примирить потребности людей в общении с необходимостью защиты окружающей среды.Большинство читателей считают эти автомобили новыми. «Всегда были автомобили с двигателями внутреннего сгорания, а теперь наконец-то появились чистые и тихие электромобили». Между тем, это неправда! Электрические автомобили были раньше, чем автомобили внутреннего сгорания!

В более ранней статье («Электричество работает») я упоминал, что электромобиль был построен в 1834 году американцем Томашем Дэвенпортом, но его транспортное средство было довольно непрактичным, потому что в качестве источника питания у него была батарея (элемент Вольта). который весил 43 кг и его хватило на довольно короткую поездку.Автомобиль, построенный в 1839 году шотландским бизнесменом Робертом Андерсоном, был таким же непрактичным. Только изобретение аккумулятора, сделанное в 1859 году французом (работавшим в Бельгии) Гастоном Планте, открыло дорогу электромобилям, имеющим практическое значение.

Первый настоящий электромобиль был построен в 1884 году британским инженером Томасом Паркером. Он создал электромобиль, на котором ежедневно ездил сам, а также производил и продавал его копии.Возможно, это еще не было крупносерийным производством, но это был не единственный движущийся прототип. Точно так же в небольших масштабах производством электромобилей занялся в 1888 году Андреас Флокен, владелец завода сельскохозяйственных машин в Кобурге (Бавария). Он создал автомобиль под названием Flocken Elektrowagen.

В более крупных масштабах производством электромобилей занялась в 1897 году американская компания Electric Vehicle Company, которая выпустила более сотни таких автомобилей, в основном использовавшихся в качестве такси.На рубеже 20-го века в США было много производителей электромобилей: The American Metal Wheel and Auto Co., Toledo, Pope Motor Car Co., Indianapolis, Electric Vehicle Co., Harford и многие другие.

Электромобили могли быть быстрыми — на протяжении многих лет этому типу автомобилей принадлежали рекорды скорости. Первый зарегистрированный рекорд скорости автомобиля был установлен французским гонщиком Гастоном де Шасселуп-Лоба 18 декабря 1898 года.в Ахере, а автомобилем-рекордсменом стал электромобиль Jeantaud Duc, построенный Шарлем Адантом. Рекордная скорость, зафиксированная в летописях, составила 62,78 км/ч. Следующие рекорды также принадлежали электромобилям, до 1 мая 1899 года был превышен «магический предел» в 100 км/ч. Бельгийка Камилла Женаци сделала это на электромобиле, созданном специально для установления рекордов скорости. Машина была выполнена в виде торпеды для уменьшения сопротивления воздуха, но она была непоследовательной: водитель выступал из этой «торпеды» без всякого прикрытия, что, во-первых, портило отточенную аэродинамику машины, а во-вторых, «принимало на себя грудь" весь воздушный импульс при быстрой езде, что тоже не было рациональным.Однако название автомобиля Le Jamais Contente (вечно неудовлетворенный) сигнализировало об огромных амбициях водителя, установившего знаменитый рекорд ровно на 105,882 км/ч.

Так что конец 19 века однозначно принадлежал электромобилям. Почему они проиграли? Они потеряли свой короткий запас хода после одной зарядки аккумулятора. Эпоха бензиновых автомобилей наступила в 20 веке - но это уже не вписывается в цикл статей по истории электротехники.

.

Первый в мире мотор-редуктор NSK, встроенный в ступицу колеса

NSK представила первый в мире новаторский электродвигатель с редуктором в ступице колеса, разработанный для повышения уровня защиты окружающей среды, безопасности и комфорта транспортных средств. Основываясь на знаниях, полученных при создании прототипа, NSK теперь попытается использовать в коммерческих целях отдельные компоненты, включая подшипник ступицы колеса в сборе со встроенным редуктором и муфтой свободного хода.Компания также разработает миниатюрный роликоподшипник с сепаратором и устойчивый к коррозии подшипник в рамках подготовки к серийному производству .

В связи с растущим интересом к экологическим проблемам диверсификация силовых установок проявляется в виде гибридных (HEV), электрических (EV) и транспортных средств на топливных элементах (FEV). В результате электрические двигатели, встроенные в колеса, которые могут работать в различных системах привода независимо от конструкции кузова автомобиля, привлекают внимание как потенциальные системы привода следующего поколения.

Электродвигатель, встроенный в колесо, имеет множество преимуществ. Например, это не только позволяет уменьшить вес автомобиля за счет устранения необходимости в двигателе внутреннего сгорания и других компонентах трансмиссии, но также дает возможность увеличить доступное пространство в кабине. Кроме того, возможно независимое управление движущей силой на каждом колесе (аналогично распределению крутящего момента). В результате улучшается воздействие на окружающую среду, комфорт и безопасность, поэтому проводятся обширные исследования по практическому использованию этой новой технологии.

До сих пор главной задачей было получение крутящего момента, необходимого для ускорения и подъема по склону, а также достижение соответствующей максимальной скорости. Имея это в виду, NSK решила разработать электродвигатель с редуктором внутри ступицы колеса, в котором используются два независимых двигателя и специальный редуктор. Коробка передач состоит из двух планетарных передач, обеспечивающих как высокий крутящий момент, так и достаточную максимальную скорость благодаря двигателю, который может поместиться в 16-дюймовое колесо.

Примечательной особенностью трансмиссии является плавное переключение передач даже при ускорении, достигаемое за счет управления частотой вращения и крутящим моментом обоих двигателей. При движении на высокой передаче механизм переключения устанавливает одинаковое направление вращения обоих двигателей. Двигатели вращаются в противоположных направлениях, когда требуется пониженная передача.

Решение, представленное NSK, доказало свою выдающуюся эффективность в экспериментальном автомобиле, оснащенном прототипом мотор-колеса, первым в мире в своем роде и имеющим большое значение для всей автомобильной промышленности.

.

Смотрите также



Оцените статьюПлохая статьяСредненькая статьяНормальная статьяНеплохая статьяОтличная статья (проголосовало 13 средний балл: 5,00 из 5)