Что такое электрический двигатель? История электрический двигатель


ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ | Тайны и загадки истории

История создания электродвигателей уходит в глубокую древность. Сложными путями шел человек к открытию и познанию законов физики, созданию различных механизмов, машин. Важнейшим этапом в развитии электроэнергетики  явилось изобретение и применение электродвигателей . Принцип действия  электродвигателей основан на физическом явлении: виток проводника, по которому  протекает электрический ток, будучи помещенным между магнитами, движется поперек силовых линий магнитного поля. Электродвигатель, как правило, компактнее других двигателей, всегда готов к работе, может управляться на расстоянии, вэтом легко убедится посетив компанию Техногресс

История электродвигателя — сложная и длинная цепь открытий, находок, изобретений.

Начальный период развития электродвигателя (1821-1834 гг.). Он тесно связан с  созданием физических приборов для демонстрации непрерывного преобразования  электрической энергии в механическую. В 1821 г. М. Фарадей, исследуя взаимодействие проводников с током и магнитом,  показал, что электрический ток вызывает вращение проводника вокруг магнита, или вращение магнита вокруг проводника. Опыт Фарадея показал принципиальную  возможность построения электрического двигателя. Многие исследователи предлагали различные конструкции электродвигателей.

Первые электродвигатели напоминали по устройству паровые машины: двигатель Дж.  Генри (1832  г.) и двигатель У. Пейджема (1864 г.) имели коромысла, кривошип, шатун, а также золотники (переключатели тока в соленоидах, заменявших собой цилиндр).

П. Барлоу предложил «колесо Барлоу». Оно состояло из постоянного магнита и зубчатых колес, скользящий контакт осуществлялся с помощью ртути, а питалось колесо от гальванического элемента.

Дж. Генри предложил  в 1832  г. модель двигателя с возвратнопоступательным  движением: подвижный электромагнит поочередно притягивался к постоянным магнитам и отталкивался от них, замыкая и размыкая батареи гальванических элементов. Он совершал 75 качаний в минуту. Было еще много попыток создания двигателей с  качательным движением якоря. Однако более прогрессивными оказались попытки построить двигатель с вращательным движением якоря.

Второй  этап  развития  электродвигателей (1834-1860  гг.) характеризуется конструкциями с вращательным движением явнополюсного якоря. Однако вращательный момент на валу у таких двигателей обычно был резко пульсирующим.

В 1834 г. Б.С. Якоби создал первый в мире электрический двигатель постоянного тока, в  котором реализовал принцип непосредственного вращения подвижной части двигателя. В 1838 г. этот двигатель (0,5 кВт) был испытан на Неве для приведения в движение лодки

с пассажирами, т. е. получил первое практическое применение.

Испытания различных конструкций электродвигателей привели Б.С. Якоби и других исследователей к следующим выводам:

– применение электродвигателей находится в прямой зависимости от удешевления  электрической  энергии,  т.е. от создания  генератора,  более экономичного, чем гальваниче

tayni.info

что это такое, история, разновидности

Электродвигатели у нас сейчас повсюду. Как правило, там, куда мы даже и не заглядываем. Если автомобиль — это в большой степени для нас мотор на четырех колесах, который мы любим, знаем его характер и капризы, знаем, что ему нужно и как его содержать и с ним ладить, то электродвигатели обычно прячутся в самой разнообразной технике. Холодильник для нас — всего лишь холодильник. Лифт — пустая, чистая (в меру) комнатенка для подъема нас на наш родной этаж. Трамвай — эдакое место сборища и общения с громом, лязгом и плывущими панорамами за окном.

Во всех этих случаях мы, конечно, знаем, что там где-то внутри или далеко установлен электродвигатель, а то и не один, и он как раз и выполняет свою работу. Только когда что-то пошло не так, все остановилось и замерло, мы никогда не заподозрим именно его в отказе нас обслуживать. И, засучив рукава, не полезем внутрь снимать свечи, крутить жиклеры, интересоваться подачей топлива и прочее. Ответ обычно один — отключили электроэнергию. И как только она вернется, электродвижок сразу скромно и безотказно продолжит свою работу ровно с того места, где напасть его застала и остановила.

История

Электродвигатель изобрели очень давно — по меркам нынешнего технического прогресса — еще в начале XIX века. Майкл Фарадей, известный экспериментатор с магнитами и электрическим током в проводе, получил самое первое устройство преобразования тока в движение, случайно приладив рамочку с проводом на оси в поле постоянного магнита. Рамочка (или катушка с проводом) убегает в поле при включении тока, вот чтобы она «далеко не прыгала», ее заставили двигаться по кругу. Аналогичная система фиксации, только с помощью пружинки, привела к созданию электромагнитов и всего семейства устройств возвратно-поступательного движения: электромагнитных реле, электрозвонков и так далее.

Рамка проводника в поле проворачивалась на некоторый угол. Ну и придумали, как подать на нее электрическое напряжение так, чтобы после поворота ток в ней менял направление на обратное. Рамочка начала движение постоянное, хотя и «рывками», и это можно считать самым первым электродвигателем, а случилось это в 1821 году.

Электродвигатель постоянного тока

Называют такой двигатель электродвигателем постоянного тока. Это не совсем точно, потому что коллектор со щетками — контактная механическая прибамбаса, подающая ток на рамку — этот ток как раз прерывает, и уже в рамочке он всякий раз при вращении меняет направление. Хотя на сам двигатель напряжение подается именно постоянное, ну а другого тогда и не было. Для опытов брали постоянное напряжение от первых аккумуляторов — вольтова столба.

Потом заметили, что и сама рамка провода в электрическом поле, если ее «насильственно» вращать, начинает вырабатывать напряжение. Это назвали «электромагнитной индукцией».  Забавляясь теперь с новой «игрушкой», обнаружили, что по мере вращения рамочки напряжение на ее концах плавно меняется, и, таким образом, открыли возможность генерации переменного тока.

И вот уже потом сообразили, как переменным током вращать ту же самую рамочку, и даже без контактных искрящих прибамбасов. Вот так и получились двигатели переменного тока, и произошло  это уже в 80-е годы XIX века.

В настоящее время используются электродвигатели и постоянного, и переменного тока, разумеется, прошедшие уже порядочный путь совершенствования.

Электродвигатели постоянного тока

Машина, преобразующая электричество в механическую энергию, изобретенная первой, и понятна всем лучше. Хотя, при более подробном рассмотрении, оказывается, что двигатели переменного тока сделаны часто явно проще и остроумнее, хотя и не без своих, присущих именно им, недостатков.

В двигателях постоянного тока все пошло от постоянных магнитов, установленных на неподвижном основании двигателя и вращающейся в их поле рамки. Теперь неподвижная часть называется статор (магниты заменены электромагнитами), а подвижная часть — якорь. В якоре не одна обмотка, а несколько. По аналогии с двигателем внутреннего сгорания это как разные поршни, толкающие все по очереди один и тот же коленвал. Разные обмотки в якоре тоже сдвинуты относительно друг друга на некоторый угол, и совместное их действие делает движение вала более плавным и равномерным. Все закономерно и предсказуемо.

Двигатель постоянного тока

Но существуют и варианты:

  • возбуждение от постоянных магнитов;
  • с различными схемами соединения обмоток якоря и статора;
  • бесколлекторный двигатель, в котором специальная схема отслеживает положение ротора и соответственно этому управляет магнитным полем статора.

Достоинства и недостатки

  • Самое главное преимущество двигателя постоянного тока — это то, что в нем легко и естественно происходит управление скоростью. Собственно говоря, двигатель создает момент вращения, пропорциональный приложенному напряжению. Этот момент вращает якорь двигателя с некоторой скоростью холостого хода. При наличии нагрузки на валу двигателя скорость вращения уменьшается, и, увеличив напряжение реостатом, можно добиться нужной скорости вращения. Так это и делается, например, в трамвае или троллейбусе.
  • Другой практический плюс у электродвигателя постоянного тока — это большой пусковой момент.
  • Компактность и простота конструкции дают таким двигателям широкое распространение. Двигатели постоянного тока очень удобны при питании от батареек и в различных миниатюрных приборах — компьютерах, игрушках и т.д.
  • Как обратимые машины, двигатели постоянного тока могут использоваться и в режиме генерации. то есть утилизации двигательной инерции, например, транспортных средств. 

Слабым местом электродвигателя постоянного тока является его коллектор. Это контактное устройство, подверженное постоянному трению и износу. Кроме того, прохождение тока вызывает искрение и дополнительный износ коллектора и щеток.

Такое свойство конструкторы постарались преодолеть, создав бесколлекторный двигатель постоянного тока. В этом случае получилось замещение одного минуса другим — бесколлеторный двигатель получил теперь большую сложность и дороговизну.

Электродвигатели переменного тока

Электродвигатели переменного тока никак не могли появиться раньше, чем научились генерировать переменный ток, от которого они и питаются.

Переменное напряжение

Генерация получилась, когда всяко-разно пытались скомбинировать все те же компоненты: рамку проводниковую и постоянный магнит. Наилучший и наиболее показательный вариант получился, когда рамку установили постоянно, а вращать принялись магнит в середине нее.

Переменное напряжение

Полученный прибор порадовал, главным образом, отсутствием устройства, которое должно снимать напряжение с вращающихся проводников — коллектора. При вращении магнита на неподвижных контактах рамки действительно появилось напряжение, только поначалу непривычное — переменное, строго синусоидальное и с частотой, прямо зависящей от скорости вращения.

Ну и оказалось, что переменный синусоидальный ток можно преобразовывать обратно в движение, не заботясь совсем о его выпрямлении. А просто изготовив двигатель переменного тока.

С тех пор у нас и началась эпоха сетей переменного тока, постепенно охватившего всю страну и всю планету. В коей мы сейчас благополучно и существуем.

Разновидности двигателей переменного тока

Так как ток у нас переменный синусоидальный, то следует и ожидать, что ротор двигателя на нем будет вращаться с его частотой синхронно или не совсем. Поэтому и двигатели переменного тока бывают синхронные и асинхронные.

Кроме того, переменный ток бывает однофазный и многофазный. Соответственно, и двигатели переменного тока могут быть рассчитаны на определенное количество фаз.

Самый главный принцип двигателей переменного тока — это то, что ротор заставляет двигаться электромагнитное поле, «бегущее» по кругу по неподвижным катушкам статора. Это достигается благодаря тому, что напряжение, питающее двигатель, переменное, и если соответствующим образом и в соответствующем порядке подключить обмотки, то такое поле и заставит крутиться ротор вслед за своим (поля) движением. Весь вопрос в том, как хорошо ротор будет успевать крутиться.

Синхронный двигатель переменного тока

 У синхронного двигателя ротор вращается синхронно с изменением электромагнитного поля в статоре. То есть пропорционально частоте напряжения в сети. Пропорция зависит от количества полюсов обмоток на статоре. Если полюсных обмоток всего две — одна сверху и одна снизу — то движение ротора будет строго синхронно частоте напряжения питания. Если количество катушек (обмоток) увеличить вдвое, то и скорость вращения увеличится вдвое, так как магнитное поле в обмотках будет бежать по ним вдвое быстрее.

В роторе могут быть установлены постоянные магниты, но при этом большой мощности двигателя добиться трудно. Поэтому и в роторе используются электромагниты, на обмотки которых подается отдельное напряжение возбуждения. Для этого используют коллектор и щетки, почти такие же, как у двигателя постоянного тока. А для создания напряжения возбуждения может быть использован отдельный генератор постоянного тока, насаженный на ту же ось. В этом случае можно обойтись и без коллектора, а подавать напряжение возбуждения с одного вращающегося ротора (генератора) на другой (двигателя).

Как видим, система получается довольно замысловатой.

Самое главное преимущество таких двигателей — синхронность.

Недостаток — плохой запуск двигателя. Для этого может быть использован режим асинхронной работы, и тогда при достижении «подсинхронной» скорости» производится переключение в синхронный режим.

Асинхронный двигатель переменного тока

Асинхронный двигатель использует в роторе короткозамкнутые обмотки, в которых наводится напряжение возбуждения, и уже это напряжение и толкает ротор, заставляя его двигаться вслед за бегущим по обмоткам статора круговым «волнам» магнитного поля от переменного тока, приложенного к обмоткам. Обмотки в роторе часто называют «беличьей клеткой», и они действительно на нее похожи.

Ротор разгоняется «почти» до состояния синхронизации, но идеального совпадения быть не может, так как если скорость ротора равна скорости вращения поля, то в «беличьей клетке» наводка напряжения возбуждения станет невозможна. Поэтому асинхронные двигатели так и работают: сначала «почти» догоняют синхронную скорость, потом «проскальзывают»,  и скорость падает.

Постепенно ротор принимает некоторую скорость вращения, слегка отличающуюся от синхронной скорости. И так и работает дальше. При изменении нагрузки на валу меняется и это рассогласование — если нагрузка больше, оно увеличивается, если меньше — уменьшается.

Ну и используются асинхронные двигатели там, где точная скорость вращения не критична, например, в вентиляторах.

Несомненным плюсом является простота двигателя, отсутствие коллекторной системы, умение хорошо разгоняться.

Минусом, кроме неточности скорости, является свойство обмоток «беличьей клетки» сильно греться во время работы, и тем больше, чем больше нагрузка.

Поэтому беличью клетку и выполняют с радиаторными ребрами и крыльчатками для охлаждения.

Похожие статьи:

domelectrik.ru

История электродвигателя

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.

Хорват по национальности, подданный Австро-Венгерской монархии по происхождению, Никола Тесла прославился как выдающийся американский инженер и изобретатель в области электротехники.

Он начинал инженером на предприятиях Эдисона, но затем сделал открытия и изобретения, ни в чем не уступавшие работам создателя фонографа и кинетоскопа.

В 1888 году Тесла разработал и создал первый электрический двигатель современного образца, чем открыл новую эру в технике.

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.

Источники: Энциклопедия 100top.ru 

tk-svetofor74.ru

История изобретения электродвигателя

 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. 

 Большими недостатками прежней паровой машины всегда оставались низкий КПД, а также трудность передачи и «дробления» полученной от нее энергии. Обычно одна большая машина обслуживала несколько десятков станков. Движение от нее подводилось к каждому рабочему месту механическим путем с помощью шкивов и бесконечных ремней. При этом происходили огромные неоправданные потери энергии. 

 Электрический привод не имел этих изъянов: он обладал высоким КПД, поскольку с его вала можно было прямо получать вращательное движение (тогда как в паровом двигателе его преобразовывали из возвратно-поступательного), да и «дробить» электрическую энергию было намного проще. 

 Потери при этом оказывались минимальными, а производительность труда возрастала. Кроме того, с внедрением электромоторов впервые появилась возможность не только снабдить любой станок своим собственным двигателем, но и поставить отдельный привод на каждый его узел. 

 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 Борис Семенович Якоби. Этот двигатель имел две группы П-образных электромагнитов, из которых одна группа (четыре П-образных электромагнита) 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. 

 Положим, что подвижные электромагниты занимают положение, в котором против каждого полюса неподвижных магнитов стоит одноименный полюс подвижного; при этом каждый неподвижный электромагнит будет отталкивать противоположный магнит барабана и притягивать близлежащий с противоположным полюсом. Если бы полюса неподвижных магнитов не были асимметричны, такое устройство не могло бы работать, так как действие различных магнитов уравновешивало бы друг друга. 

 Но благодаря выступу полюсных наконечников неподвижных магнитов каждый из них притягивает ближайший по направлению вращения часовой стрелки слабее, чем другой, из-за этого первый приближается к нему, а последний удаляется. Через четверть оборота (в двигателе Якоби — через одну восьмую) один против другого будут находиться разноименные полюса, но в этот момент коммутатор меняет направление тока в подвижных магнитах, и один против другого будут опять одноименные полюса, как и в начале движения. Вследствие этого подвижные магниты опять получают толчок к тому же направлению, и так без конца, пока остается замкнутым ток. 

 Коммутатор представлял собой очень важную и глубоко продуманную часть двигателя. Он состоял из четырех металлических колец, установленных на валу и изолированных от него; каждое кольцо имело четыре выреза, которые соответствовали 1/8 части окружности. Вырезы были заполнены изолирующими деревянными вкладышами; каждое кольцо было смещено на 45 градусов по отношению к предыдущему. 

 По окружности кольца скользил рычаг, представлявший собой своеобразную щетку; второй конец рычага был погружен в соответствующий сосуд с ртутью, к которому подводились проводники от батареи (соединения с ртутью были наиболее распространенными в то время контактными устройствами). 

 Диски, насаженные на вал двигателя, вращались вместе с ним. По ободу диска скользили металлические рычаги, которые, попадая на непроводящую часть диска, прерывали электрическую цепь, а при соприкосновении с металлом — замыкали ее. Расположение дисков было такое, что в тот момент, когда встречались разноименные полюса, контактные рычажки переходили через грань дерево-металл и этим меняли направление в обмотке электромагнитов. Таким образом, при каждом повороте кольца четыре раза разрывалась электрическая цепь. 

 Как уже отмечалось, 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. Понятно, впрочем, что все эти опыты имели чисто демонстрационный характер — 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, о которых мы будем говорить в следующих главах, 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. 

 Сила и направление переменного тока, как мы помним, не являются постоянными. Сила его сначала возрастает от нуля до какой-то максимальной величины и вновь убывает до нуля, затем ток меняет свое направление, возрастает до какого-то отрицательного максимума и вновь убывает до нуля.  Время, за которое величина тока меняется от одного положительного максимума до другого, называют периодом колебания тока. 

 Этот процесс повторяется с большой частотой. Например, в осветительной сети ток в 1 секунду течет пятьдесят раз в одну сторону и пятьдесят раз в противоположную. Как такое поведение тока будет отражаться на работе электродвигателя? Прежде всего, надо отметить, что направление вращения электродвигателя не зависит от направления тока, потому, что при перемене тока изменится полярность не только в якоре, но одновременно в обмотках, отчего притяжение и отталкивание продолжают действовать в ту же сторону, что и раньше. 

 Из этого как будто бы должно следовать, что для двигателя совершенно безразлично, каким током постоянным или переменным — он питается. Однако это не так. При частом перемагничивании электромагнитов (несколько десятков раз в секунду) в них возникают вихревые токи, которые замедляют вращение якоря и сильно разогревают его. 

 Мощность электромотора резко снижается, и в конце концов он выходит из строя. 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. 

 Предположим, что неподвижная часть двигателя (статор) выполнена в виде восьмиполюсного венецеобразного электромагнита, расположенные попеременно полюса которого обозначаются по их полярности буквами N и S. Между ними вращается якорь (или ротор) в виде звездообразного колеса, восемь спиц которого представляют собой постоянные магниты. Их неизменные полюса обозначим буквами n и s. 

 Положим, что через электромагнит пропускается переменный ток. Тогда концы сердечников электромагнита будут попеременно менять свою полярность. Представим себе, что в какой-то момент против каждого полюса электромагнита статора расположен одноименный полюс ротора. Толкнем колесо и сообщим ему такую скорость, при которой каждая спица n пройдет расстояние между двумя соседними сердечниками N и S в промежуток времени, равный тому, в течение которого эти сердечники сохраняют свою полярность неизменной, то есть в период времени, равный половине периода переменного тока, питающего электромагниты. 

 При таких условиях во все время движения спицы от сердечника N до сердечника S все сердечники перемагнитятся, отчего при дальнейшем своем движении спица опять будет испытывать отталкивание со стороны сердечника, оставшегося позади, и притяжение со стороны сердечника, к которому она приближается. 

 Работавший по этому принципу синхронный двигатель состоял из кольцеобразного многополюсного магнита, полярность которого менялась под действием переменного тока, и из звездообразного постоянного электромагнита, который был насажен на вал и вращался описанным выше образом. Для возбуждения этого постоянного электромагнита требовался постоянный ток, который преобразовывался посредством коммутатора из рабочего переменного. 

 У коммутатора было и другое назначение: он использовался для пуска двигателя, ведь для поддержания вращения ротора синхронного двигателя ему требовалось сообщить определенную начальную скорость. При включении через цепь сначала пускался постоянный ток, благодаря чему двигатель начинал работать как двигатель постоянного тока и приходил в движение. 

 До тех пор, пока двигатель не набрал требуемой скорости, коммутатор переменял направление в движущихся электромагнитах. При достижении скорости, соответствовавшей синхронному ходу, у подвижного магнита полюса уже не менялись, и двигатель начинал работать как синхронный двигатель переменного тока. 

 Описанная 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 (или индукционного) двигателя. 

 Действие асинхронного двигателя будет понятно из следующей демонстрации, которую провел в 1824 году известный французский физик Арго. 

 Пусть подковообразный магнит NS приводится рукой в быстрое вращение вокруг вертикальной оси. Над полюсами установлена стеклянная пластина, поддерживающая острие, на которое насажен медный кружок. При вращении магнита индукционные токи, наводимые в кружке, и образованное ими магнитное поле будут взаимодействовать с нижним магнитом, и кружок начнет вращаться в ту же сторону, что и нижний магнит. 

 Именно это явление используется в асинхронном двигателе. Только вместо вращающегося постоянного магнита в нем применяются несколько неподвижных электромагнитов, которые включаются, выключаются и меняют свою полярность в определенной последовательности. Поясним сказанное следующим примером. 

 Предположим, что I, II, III и IV — это четыре полюса двух электромагнитов, между которыми помещена металлическая стрелка. Под действием магнитного поля она намагничивается и становится вдоль линий магнитного поля электромагнитов, выходящих, как известно, из их северного полюса и входящих в южный. 

 Все четыре полюса расположены по окружности на одном расстоянии друг от друга. Сперва ток подводится к II и III. Стрелка остается неподвижной по средней оси магнитных силовых линий. Затем подводится ток ко второму электромагниту. При этом одноименные полюса будут находиться рядом. Теперь средняя направляющая силовых линий магнитов пройдет от середины расстояния между I и II к середине между III и IV, и стрелка повернется на 45 градусов. 

 Отключим первый электромагнит и оставим активными только полюса II и IV. Силовые линии будут направлены от III к IV, вследствие чего стрелка повернется еще на 45 градусов. Снова включим первый электромагнит, но поменяем при этом движение тока, так что полярность первого магнита изменится — стрелка повернется еще на 45 градусов. После отключения второго электромагнита стрелка переместится еще на 45 градусов, то есть совершит полуоборот. Легко понять, как заставить ее совершить вторую половину круга. 

 Описанное нами устройство в основных чертах соответствует двигателю Бейли, изобретенному в 1879 году. Бейли устроил два электромагнита с четырьмя крестообразно расположенными полюсами, которые он мог намагничивать с помощью выключателя. Над полюсами он установил медный кружок, подвешенный на острие. 

 Изменяя полярности магнита, включая и выключая их, он заставил кружок вращаться точно так же, как это происходило в опыте Арго. Идея подобного двигателя чрезвычайно интересна, так как в отличие от двигателей постоянного тока или синхронных электромоторов, здесь не надо подводить ток к ротору. Однако в той форме, в которой его создал Бейли, асинхронный двигатель еще не мог иметь применения: переключение электромагнитов в нем происходило под действием сложного коллектора, и, кроме того, он имел очень низкий КПД. 

 Но до того чтобы этот тип электромотора получил право на жизнь, оставался только шаг, и он был сделан после появления техники многофазных токов. Собственно, многофазные токи и получили применение, прежде всего благодаря электродвигателям. Чтобы понять, что такое, к примеру, двухфазный ток, представим себе два независимых друг от друга проводника, в которых протекают два совершенно одинаковых переменных тока. 

  Единственная разница между ними заключается в том, что они не одновременно достигают своих максимумов. Про такие токи говорят, что они сдвинуты друг относительно друга по фазе, а если эти токи подводятся к одному электроприбору, говорят, что тот питается двухфазным током. Соответственно, может быть трехфазный ток (если питание прибора происходит от трех одинаковых токов, сдвинутых друг относительно друга по фазе), четырехфазный ток и т.д. 

 Долгое время в технике использовался только обычный переменный ток (который по аналогии с многофазными токами стали называть однофазным). Но потом оказалось, что многофазные токи в некоторых случаях гораздо удобнее однофазного.

В 1888 г. итальянский физик Галилео Феррарис и югославский изобретатель Никола Тесла (работавший в США) открыли явление вращающегося электромагнитного поля. Сущность его заключалась в следующем. Возьмем две катушки, состоящие из одинакового числа витков изолированного провода, и разместим их взаимно перпендикулярно так, чтобы одна катушка входила в другую. Теперь представим, что катушку 1 обтекает ток i1 а катушку 2 — ток i2, причем i1 опережает i2 по фазе на четверть периода. Это, как мы уже говорили, означает, что ток i1, достигает положительного максимума в тот момент, когда сила тока i2 равна нулю. 

 Если мы мысленно разрежем катушки пополам горизонтальной плоскостью и будем смотреть на них сверху, то увидим сечения четырех сторон обеих катушек. Поместим между ними магнитную стрелку и будем наблюдать за ее движением. Катушки, через которые протекает переменный ток, как известно, являются электромагнитами. Их магнитное поле будет взаимодействовать со стрелкой, поворачивая ее. Рассмотрим теперь положение магнитной стрелки, ось которой совпадает с вертикальной осью катушек в различные моменты времени. 

 В начальный момент времени (t=0) ток в первой катушке равен нулю, а во второй проходит через отрицательный максимум (направление тока будем обозначать так, как это делается в электротехнике — точкой и крестиком; крестик означает, что ток направляется от наблюдателя за плоскость чертежа, а точка — что ток направляется к наблюдателю). В момент t1 токи i1 и i2 равны друг другу, но один имеет положительное направление, а другой — отрицательное. В момент t2 величина тока i2, нисходит до нуля, а ток i1 достигает максимума. Стрелка при этом повернется еще на 1/8 оборота. 

 Прослеживая подобным образом развитие процесса, мы заметим, что по окончании периода изменений одного из токов магнитная стрелка завершит полный оборот вокруг оси. Дальше процесс повторяется. Следовательно, при помощи двух катушек, питаемых двумя токами, сдвинутыми друг относительно друга по фазе на четверть периода, можно получить тот же эффект перемены магнитных полюсов, которого добился в своем двигателе Бейли, но здесь это получается намного проще, без всякого коммутатора и без использования скользящих контактов, поскольку перемагничиванием управляет сам ток. 

 Описанный эффект получил в электротехнике название равномерно вращающегося магнитного поля. На его основе Тесла сконструировал первый в истории двухфазный асинхронный двигатель. Он вообще был первым, кто стал экспериментировать с многофазными токами и успешно разрешил проблему генерирования таких токов. 

 Поскольку получить двухфазный ток из однофазного было непросто, Тесла построил специальный генератор, который сразу давал два тока с разностью фаз в 90 градусов (то есть с отставанием на четверть периода). В этом генераторе между полюсами магнита вращались две взаимно перпендикулярные катушки. В то время, когда витки одной катушки находились под полюсами и индуцирующийся в них ток был максимальным, витки другой катушки находились между полюсами (на нейтральной линии) и электродвижущая сила в них была равна нулю. 

 Следовательно, два тока, генерируемые в этих катушках, были тоже сдвинуты по фазе относительно друг друга на четверть периода. Аналогичным способом можно было получить трехфазный ток (используя три катушки под углом 60 градусов друг к другу), но Тесла считал наиболее экономичной двухфазную систему. В самом деле, многофазные системы тока требуют большого количества проводов. 

 Если двигатель, работающий на обычном переменном (однофазном) токе, требует всего двух подводящих проводов, то работающий на двухфазном — уже четырех, на трехфазном — шести и т.д. Концы каждой катушки были выведены на кольца, расположенные на валу генератора. Ротор двигателя тоже имел обмотку в виде двух расположенных под прямым углом друг к другу замкнутых на себя (то есть не имеющих никакой связи с внешней электрической цепью) катушек. 

 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. Эти двигатели поступили в продажу в следующем году. 

 Они были гораздо лучше и надежнее всех существовавших до этого моделей, но не получили широкого распространения, так как оказались весьма неудачно сконструированы. Обмотка статора в них выполнялась в виде катушек, насаженных на выступающие полюса. Неудачной была и конструкция ротора в виде барабана с двумя взаимно перпендикулярными, замкнутыми на себя катушками. Все это заметно снижало качество двигателя, как в момент пуска, так и в рабочем режиме. 

 Вскоре индукционный двигатель Теслы был значительно переработан и усовершенствован русским электротехником Михаилом Осиповичем Доливо-Добровольским. Исключенный в 1881 году по политическим мотивам из Рижского политехнического института, Доливо-Добровольский уехал в Германию. Здесь он закончил Дармштадтское высшее техническое училище и с 1887 года начал работу в крупной германской электротехнической фирме АЭГ. 

 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. (Феррарис, о котором упоминалось выше, создал асинхронный двухфазный двигатель с КПД порядка 50% и считал это пределом.) 

 Очень большое значение играл здесь материал, из которого изготавливался ротор, поскольку тот должен был удовлетворять сразу двум условиям: иметь малое электрическое сопротивление (чтобы индуцируемые токи могли свободно протекать через его поверхность) и иметь хорошую магнитную проницаемость (чтобы энергия магнитного поля не растрачивалась понапрасну). 

 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 (что уменьшало его магнитное сопротивление), а в просверленные по периферии последнего каналы стал закладывать медные стержни (что уменьшало электрическое сопротивление). На лобовых частях ротора эти стержни электрически соединялись друг с другом (замыкались сами на себя). 

 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. 

 Конструкция Теслы казалась ему нерациональной. Поскольку КПД электрического двигателя напрямую зависит от того, насколько полно магнитное поле статора используется ротором, то, следовательно, чем больше магнитных линий статора замыкаются на воздух (то есть не проходят через поверхность ротора), тем больше потери электрической энергии и тем меньше КПД. 

 Чтобы этого не происходило, зазор между ротором и статором должен быть как можно меньше. Двигатель Теслы с этой точки зрения был далек от совершенства — выступающие полюса катушек на статоре создавали слишком большой зазор между статором и ротором. Кроме того, в двухфазном двигателе не получалось равномерное движение ротора. 

 Исходя из этого, Доливо-Добровольский видел перед собой две задачи: повысить КПД двигателя и добиться большей равномерности его работы. Первая задача была несложной — достаточно было убрать выступающие полюса электромагнитов и равномерно распределить их обмотки по всей окружности статора, чтобы КПД двигателя сразу увеличилось. Но как разрешить вторую проблему? 

 Неравномерность вращения можно было заметно уменьшить, лишь увеличив число фаз с двух до трех. Но был ли этот путь рациональным? Получить трехфазный ток, как уже говорилось, не представляло большого труда. Построить трехфазный двигатель тоже было нетрудно — для этого достаточно разместить на статоре три катушки вместо двух и каждую из них соединить двумя проводами с соответствующей катушкой генератора. 

 Этот двигатель должен был по всем параметрам быть лучше двухфазного двигателя Теслы, кроме одного момента — он требовал для своего питания шести проводов, вместо четырех. Таким образом, система становилась чрезмерно громоздкой и дорогой. Но, может быть, существовала возможность подключить двигатель к генератору как-нибудь по другому? Доливо-Добровольский проводил бессонные ночи над схемами многофазных цепей. На листах бумаги он набрасывал все новые и новые варианты. И, наконец, решение, совершенно неожиданное и гениальное по своей простоте, было найдено. 

 Действительно, если сделать ответвления от трех точек кольцевого якоря генератора и соединить их с тремя кольцами, по которым скользят щетки, то при вращении якоря между полюсами на каждой щетке будет индуцироваться один и тот же по величине ток, но со сдвигом во времени, которое необходимо для того, чтобы виток переместился по дуге, соответствующей углу 120 градусов. Иначе говоря, токи в цепи будут сдвинуты относительно друг друга по фазе также на 120 градусов. 

 Но этой системе трехфазного тока оказалось присуще еще одно чрезвычайно любопытное свойство, какого не имела ни одна другая система многофазных токов — в любой произвольно взятый момент времени сумма токов, текущих в одну сторону, равна здесь величине третьего тока, который течет в противоположную сторону, а сумма всех трех токов в любой момент времени равна нулю. 

 Например, в момент времени t1 ток i2 проходит через положительный максимум, а значения токов i1 и i3, имеющих отрицательное значение, достигают половины максимума и сумма их равна току i2. Это означает, что в любой момент времени один из проводов системы передает в одном направлении такое же количество тока, какое два других вместе передают в противоположном направлении. 

 Следовательно, предоставляется возможность пользоваться каждым из трех проводов в качестве отводящего проводника для двух других, соединенных параллельно, и вместо шести проводов обойтись всего тремя! 

 Чтобы пояснить этот чрезвычайно важный момент, обратимся к воображаемой схеме. Представим себе, что через круг, вращающийся вокруг своего центра, проходят три соединенных между собой проводника, в которых протекают три переменных тока, сдвинутых по фазе на 120 градусов. При своем вращении каждый проводник находится то на положительной, то на отрицательной части круга, причем при переходе из одной части в другую ток меняет свое направление. 

 Эта система вполне обеспечивает нормальное протекание (циркуляцию) токов. В самом деле, в некоторый момент времени проводники I и II оказываются соединенными параллельно, а III отводит от них ток. Некоторое время спустя II переходит на ту же сторону, где находится III; теперь уже II и III работают параллельно, а I как общий отводящий ток провод. Далее III переходит на ту сторону, где еще находится I; теперь II отводит то количество, что III и I подводят вместе. Затем I переходит на ту сторону, где еще находится II, и т.д. 

 В приведенном примере ничего не говорилось об источниках тока. Как мы помним, этим источником является трехфазный генератор. Изобразим обмотки генератора в виде трех катушек. Для того чтобы протекание тока происходило описанным нами способом, эти катушки могут быть включены в цепь двояким образом. Мы можем, к примеру, разместить их на трех сторонах треугольника, допустим левого; таким образом, вместо трех его сторон мы получим три катушки I, II и III, в которых индуцируются токи со смещением фаз на 1/3 периода. 

 Мы можем также переместить точки приложения электродвижущих сил и на концы параллельных проводников. Если мы поместим здесь наши катушки, то получим другое соединение. Треугольники, служащие теперь лишь проводящими соединениями для трех левых концов катушек, могут быть стянуты в одну точку. Эти соединения, из которых первое называется «треугольником», а второе — «звездой», широко применяются как в двигателях, так и в генераторах. 

 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.

Источник публикации

 

 

Вступите в группу, и вы сможете просматривать изображения в полном размере

subscribe.ru

Электрический двигатель - Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Электродвигатели разной мощности (750 Вт, 25 Вт, к CD-плееру, к игрушке, к дисководу). Батарейка «Крона» дана для сравнения

Электрический двигатель — электрическая машина (электромеханический преобразователь), в которой электрическая энергия преобразуется в механическую.

Принцип действия[ | ]

В основу работы любой электрической машины положен принцип электромагнитной индукции. Электрическая машина состоит из неподвижной части — статора (для асинхронных и синхронных машин переменного тока) или индуктора (для машин постоянного тока) и подвижной части — ротора (для асинхронных и синхронных машин переменного тока) или якоря (для машин постоянного тока). В роли индуктора на маломощных двигателях постоянного тока очень часто используются постоянные магниты.

Ротор асинхронного двигателя может быть:

  • короткозамкнутым;
  • фазным (с обмоткой) — используются там, где необходимо уменьшить пусковой ток и регулировать частоту вращения асинхронного электродвигателя. В большинстве случаев это крановые электродвигатели серии МТН, которые повсеместно используются в крановых установках.

Якорь — это подвижная часть машин постоянного тока (двигателя или генератора) или же работающего по этому же принципу так называемого универсального двигателя (который используется в электроинструменте). По сути универсальный двигатель — это тот же двигатель постоянного тока (ДПТ) с последовательным возбуждением (обмотки якоря и индуктора включены последовательно). Отличие только в расчётах обмоток. На постоянном токе отсутствует реактивное (индуктивное или ёмкостное) сопротивление. Поэтому любая «болгарка», если из неё извлечь электронный блок, будет вполне работоспособна и на постоянном токе, но при меньшем напряжении сети.

Принцип действия трехфазного асинхронного электродвигателя[ | ]

При включении в сеть в статоре возникает круговое вращающееся магнитное поле, которое пронизывает короткозамкнутую обмотку ротора и наводит в ней ток индукции. Отсюда, следуя закону Ампера (на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует ЭДС), ротор приходит во вращение. Частота вращения ротора зависит от частоты питающего напряжения и от числа пар магнитных полюсов.

Разность между частотой вращения магнитного поля статора и частотой вращения ротора характеризуется скольжением. Двигатель называется асинхронным, так как частота вращения магнитного поля статора не совпадает с частотой вращения ротора.

Синхронный двигатель имеет отличие в конструкции ротора. Ротор выполняется либо постоянным магнитом, либо электромагнитом, либо имеет в себе часть беличьей клетки (для запуска) и постоянные магниты или электромагниты. В синхронном двигателе частота вращения магнитного поля статора и частота вращения ротора совпадают. Для запуска используют вспомогательные асинхронные электродвигатели, либо ротор с короткозамкнутой обмоткой.

Асинхронные двигатели нашли широкое применение во всех отраслях техники. Особенно это касается простых по конструкции и прочных трехфазных асинхронных двигателей с коротко-замкнутыми роторами, которые надежнее и дешевле всех электрических двигателей и практически не требуют никакого ухода. Название «асинхронный» обусловлено тем, что в таком двигателе ротор вращается не синхронно с вращающимся полем статора. Там, где нет трехфазной сети, асинхронный двигатель может включаться в сеть однофазного тока.

Статор асинхронного электродвигателя состоит, как и в синхронной машине, из пакета, набранного из лакированных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, в пазах которого уложена обмотка. Три фазы обмотки статора асинхронного трехфазного двигателя, пространственно смещенные на 120°, соединяются друг с другом звездой или треугольником.

На рис.1. показана принципиальная схема двухполюсной машины — по четыре паза на каждую фазу. При питании обмоток статора от трехфазной сети получается вращающееся поле, так как токи в фазах обмотки, которые смещены в пространстве на 120° друг относительно друга сдвинуты по фазе друг относительно друга на 120°.

Для синхронной частоты вращения nc поля электродвигателя с р парами полюсов справедливо при частоте тока f{\displaystyle f}:

encyclopaedia.bid

История сотворения электродвигателей :: электродвигатели и генераторы неизменного тока, тахогенераторы, мотор-барабаны

История сотворения электродвигателей

История сотворения электродвигателей уходит в глубокую древность. Сложными способами шел человек к открытию и занию законов физики, созданию разных устройств, машин. Важным шагом в развитии электроэнергетики явилось изобретение и применение электродвигателей. Принцип деяния электродвигателей основан на физическом явлении: виток проводника, по которому протекает электронный ток, будучи помещенным меж магнитами, движется поперек силовых линий магнитного поля. Электродвигатель, обычно, компактнее других движков, всегда готов к работе, может управляться на расстоянии.

История электродвигателя — непростая и длинноватая цепь открытий, находок, изобретений.

Исходный период развития электродвигателя (1821-1834 гг.). Он плотно сплетен с созданием физических устройств для демонстрации непрерывного преобразования электронной энергии в механическую. В 1821 г. М. Фарадей, исследуя взаимодействие проводников с током и магнитом, показал, что электронный ток вызывает вращение проводника вокруг магнита, либо вращение магнита вокруг проводника. Опыт Фарадея показал принципную возможность построения электронного мотора. Многие исследователи предлагали разные конструкции электродвигателей.

1-ые электродвигатели напоминали по устройству паровые машины: двигатель Дж. Генри (1832 г.) и двигатель У. Пейджема (1864 г.) имели коромысла, кривошип, шатун, также золотники (тумблеры тока в соленоидах, заменявших собой цилиндр).

П. Барлоу предложил «колесо Барлоу». Оно состояло из неизменного магнита и зубчатых колес, скользящий контакт осуществлялся при помощи ртути, а питалось колесо от гальванического элемента.

Дж. Генри предложил в 1832 г. модель мотора с возвратнопоступательным движением: подвижный электромагнит попеременно притягивался к неизменным магнитам и отталкивался от их, замыкая и размыкая батареи гальванических частей. Он совершал 75 качаний за минуту. Было еще много попыток сотворения движков с качательным движением якоря. Но более прогрессивными оказались пробы выстроить двигатель с вращательным движением якоря.

2-ой шаг развития электродвигателей (1834-1860 гг.) характеризуется конструкциями с вращательным движением явнополюсного якоря. Но вращательный момент на валу у таких движков обычно был резко пульсирующим.

В 1834 г. Б.С. Якоби сделал 1-ый в мире электронный двигатель неизменного тока, в котором воплотил принцип конкретного вращения подвижной части мотора. В 1838 г. этот двигатель (0,5 кВт) был испытан на Неве для приведения в движение лодки

с пассажирами, т. е. получил 1-ое практическое применение.

Тесты разных конструкций электродвигателей привели Б.С. Якоби и других исследователей к последующим выводам:

– применение электродвигателей находится в прямой зависимости от удешевления электронной энергии, т.е. от сотворения генератора, более экономного, чем гальванические элементы;

– электродвигатели обязаны иметь по способности малые габариты и по способности огромную мощность и больший коэффициент полезного деяния.

3-ий шаг в развитии электродвигателей (1860-1887 гг.) связан с разработкой конструкций с кольцевым неявнополюсным якорем и фактически неизменным крутящим моментом.

На этом шаге необходимо отметить электродвигатель итальянца А. Пачинотти (1860 г.). Его двигатель состоял из якоря кольцеобразной формы, вращающегося в магнитном поле электромагнитов. Подвод тока осуществлялся роликами. Обмотка электромагнитов

врубалась поочередно с обмоткой якоря (т.е. электромашина имела последовательное возбуждение). Габариты мотора были невелики, он имел фактически неизменный крутящий момент. В движке Пачинотти явнополюсный якорь был заменен неявнополюсным.

Барабанный якорь, в каком рабочим является проводник, составляющий виток, был придуман только в 1872 г. В. Сименсом. Еще через 10 лет в железе якоря появились пазы для обмотки (1882 г.). Барабанный якорь машины неизменного тока стал таким, каким мы его можем созидать в текущее время. 3-ий шаг развития электродвигателей характеризуется открытием и фабричным внедрением принципа самовозбуждения, в связи, с чем был совсем осознан и сформулирован принцип обратимости электронной машины. Питание электродвигателей стало выполняться от более дешевенького источника электронной энергии – электрического генератора неизменного тока. В 1886 г. электродвигатель неизменного тока заполучил главные черты современной конструкции. В предстоящем он все более и поболее совершенствовался. По роду тока электродвигатели стали делиться на машины переменного и неизменного тока; по принципу деяния машины переменного тока делятся на синхронные и асинхронные.

Асинхронные движки отличаются простотой конструкции, малой ценой, надежностью в работе. Они являются самым всераспространенным видом движков.

{linkr:bookmarks;size:small;text:nn;separator:+;badges:p}

ctirling.ru