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

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.

История изобретения электродвигателя | Великие открытия человечества

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.

Майкл Фарадей

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.

Первый электродвигатель постоянного тока Б.С. Якоби

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.

Трехфазный асинхронный электродвигатель

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.

ИСТОРИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ: ПУТЕШЕСТВИЕ ВО ВРЕМЕНИ

С момента появления технологии темпы инноваций продолжали ускоряться. Новые изобретения и технологии облегчают нашу жизнь, но самое интересное то, что технологии часто приводят к новым инновационным идеям и открытиям, облегчая проектирование и создание еще более новых технологий. Этот постоянно ускоряющийся цикл инноваций продолжает изменять и переделывать мир, в котором мы живем, и это причина, по которой вы можете потягивать старомодный напиток и смотреть «Сайнфельд», пока вы упакованы в металлическую трубу, летящую по небу на высоте 30 000 футов. Атлантический океан.

История технологии электродвигателей не стала исключением, следуя этой тенденции инноваций на протяжении последних 200 лет. Оглядываясь назад на изобретение первого электродвигателя в 1832 году, трудно представить, какое влияние электродвигатели уже оказали на нашу жизнь и другие технологии, и еще труднее представить следующие 200 лет инноваций. Пересказывая историю электродвигателя, мы станем свидетелями ускоряющегося цикла инноваций в живом действии и лучше поймем, что нас ждет в будущем.

 

Изобретение электродвигателя

Ганс Христиан Эрстед экспериментировал с электричеством в 1820 году, когда заметил, что компас отклоняется, когда он держит рядом с ним наэлектризованный стержень. Он только что открыл электромагнетизм, и хотя он, несомненно, не осознавал влияния своего открытия, он только что привел мяч в движение для инновационной технологии электродвигателей.

Вскоре ученые всего мира начали искать возможности применения электромагнетизма в энергетике. Уильяму Стерджену, английскому физику, приписывают изобретение первого электродвигателя постоянного тока в 1832 году. Его конструкция была первым электродвигателем, способным приводить в движение механизмы, однако его мощность все еще сильно ограничивалась малой выходной мощностью.

Несколько лет спустя в Соединенных Штатах Томас Дэвенпорт и его жена Эмили Дэвенпорт получили патент на первый электродвигатель постоянного тока в 1837 году. Их конструкция была частичной адаптацией первого двигателя Стерджена. К сожалению, несмотря на годы экспериментов, конструкция двигателя Давенпорта по-прежнему страдала от тех же проблем с мощностью и эффективностью, с которыми сталкивалась оригинальная конструкция Стерджена.

Запатентованный двигатель Томаса и Эмили Дэвенпорт

Тем не менее, самая впечатляющая ранняя конструкция двигателя была построена русским по имени Мориц фон Якоби, чей электрический двигатель установил мировой рекорд по выходной механической мощности в 1834 году, включая двигатель Давенпорта. Якоби тоже не терял времени даром на усовершенствования, и только год спустя, в 1835 году, он продемонстрировал повышенную мощность своей новой конструкции, переправив через реку 14 человек на лодке, приводимой в движение его мотором.

 

Первый практичный двигатель постоянного тока

После первых демонстраций возможностей электродвигателей интерес к технологии электродвигателей резко возрос, что привело к сотням новых изобретений и открытий. Тем не менее, первое поколение электродвигателей было прославленным пресс-папье. Они были ужасно непрактичны, имели потери напряжения на обмотках, нестабильный ток питания и обычное искрение. В течение следующих 50 лет инженеры и физики работали над решением этих проблем путем оптимизации и перепроектирования основных компонентов электродвигателя.

В период с 1835 по 1886 год в конструкцию ротора и якоря был внесен ряд усовершенствований в целях разработки первого «практического» двигателя, при этом заметный вклад внесли итальянский физик Антонио Пачинотти и бельгийский инженер-электрик Зенобе Грамм. Однако только американскому изобретателю Фрэнку Джулиану Спрагу приписывают изобретение первого «практичного» двигателя в 1886 году. постоянная скорость — что делает его первым «практичным» электродвигателем постоянного тока, что позволяет более широкое применение электродвигателей. Конструкция двигателя Спрага была практически надежной и довольно мощной, но эффективность этих конструкций оставляла желать лучшего. Спрэг использовал свои двигатели для разработки первой электрической троллейбусной системы в следующем году в Ричмонде, штат Вирджиния, в 1887 году.0003

 

Первые генераторы и электрификация

В Европе, продолжая развивать свои ранние открытия и открытия других, Зеноб Грамм разработал свою машину Грамма в 1871 году. Его машина могла преобразовывать механическую энергию в непрерывный поток электрической энергии. Представляя свое изобретение на Всемирной выставке 1873 года в Вене, Грамм случайно обнаружил обратимость электродвигателей, когда он соединил два устройства постоянного тока на расстоянии 2 км друг от друга, причем одно работало как двигатель, а другое — как генератор.

Открытие обратимости электродвигателей постоянного тока доказало, что электродвигатели можно использовать в качестве генераторов, преобразовывая механическую работу в электрическую энергию, а также возвращая неиспользованную энергию обратно в источник, что способствовало развитию первых электрических сетей. .

К 1920-м годам страны по всему миру начали развивать сети электрических сетей. Довольно скоро электричество начало проникать в повседневную жизнь: газовые фонари были заменены электрическими уличными фонарями, кондиционеры теперь охлаждали офисы и дома, а улицы крупных городов были заняты системами электрических троллейбусов. Начался электрический захват, и практическое применение электрических технологий ускорилось.

 

Усовершенствованная моторная технология — воздушные зазоры, магниты и многое другое

В 1921 году в электродвигателях была представлена ​​революционная новая концепция конструкции, которая еще больше повысила их надежность и эффективность. Несмотря на то, что небольшой воздушный зазор между ротором и статором был введен группой технического обслуживания двигателей в Соединенных Штатах для предотвращения повреждений, вызванных трением между компонентами, также было обнаружено, что он облегчает поток электромагнитного потока в машинах постоянного тока, что еще больше повышает их эффективность.

Печатная плата статора электродвигателя постоянного тока BLDC с воздушным зазором, обозначенная

Износ будет оставаться проблемой для щеточных двигателей постоянного тока даже после обнаружения воздушного зазора. В коллекторных двигателях постоянного тока щетки должны соприкасаться с коммутаторами, чтобы посылать электрические сигналы; эрозия из-за постоянного трения изнашивала их, иногда перегревая при высоких нагрузках. Их проблемы с надежностью и контролем температуры не позволили щеточным двигателям постоянного тока широко использоваться в приложениях высокой мощности, таких как HVAC и электромобили.

Все изменилось с изобретением бесщеточного коммутатора. Хотя бесщеточные двигатели с постоянными магнитами были обнаружены в 1962 году, они стали широко использоваться только примерно в 1982 году, когда стали легко доступны редкоземельные металлы. С помощью постоянных магнитов бесщеточные двигатели постоянного тока могут быть спроектированы так, чтобы быть более мощными и эффективными, чем любой щеточный двигатель, обеспечивая при этом превосходное качество движения.

Конечно, открытие бесщеточного двигателя постоянного тока не остановило инновации, и в конце 80-х годов пара ученых, Джерри Дженко и Норман Смит, запатентовала двигатель со статором на печатной плате. Их конструкция как электрически, так и механически соединяла статор с печатной платой, чтобы снизить производственные и материальные затраты, связанные с двигателями постоянного тока с постоянными магнитами.

 

Современные технологии двигателей

Современные бесщеточные двигатели постоянного тока опережают старые троллейные двигатели XIX века на световые годы, но их конструкция далека от совершенства. Обычные двигатели BLDC, такие как те, которые были разработаны в 80-х годах, сегодня являются наиболее популярным типом двигателей на рынке, и их популярность продолжает расти вместе со спросом на углеродно-нейтральные продукты и доступные кондиционеры. Потребность в решениях с еще более высокой выходной мощностью в меньшем корпусе, уменьшенным воздействием на окружающую среду и жизнеспособным процессом массового производства будет продолжать расти.

Основываясь на 200-летних открытиях, команда ECM переоценила идею Дженко и Смита, подойдя к ней с точки зрения 21-го века. За счет встраивания вытравленных медью проводников в многослойную печатную плату для формирования статора, который работает в сочетании с постоянными магнитами, запатентованная технология ECM устраняет необходимость в проволочной обмотке и пластинах из железа, используемых в обычных двигателях и генераторах.

Запатентованный статор и двигатель на печатной плате компании ECM

Использование статора на печатной плате в конструкции BLDC с постоянными магнитами позволяет компании ECM разрабатывать невероятно тонкие и легкие двигатели, для которых требуется до 80 % меньше исходных материалов. Кроме того, используя свой революционно новый дизайн, команда ECM создала программное обеспечение PrintStator для автоматического создания уникальных конструкций статоров печатных плат и включения всех запатентованных конструктивных особенностей ECM. PrintStator оптимизирует геометрию и толщину меди в статорах для печатных плат, чтобы обеспечить машину с превосходной плотностью крутящего момента и энергоэффективностью.

Покомпонентный вид запатентованной ECM конструкции двигателя статора на печатной плате

В 2015 году компания PrintStator была запущена и использовалась для создания прототипа решения среднего привода для электрического велосипеда. На основе дискретных входных данных PrintStator автоматически сгенерировал уникальный проект статора печатной платы, дополненный соответствующим файлом Gerber, в котором указаны подробные характеристики сборки, повсеместно используемые производителями печатных плат для печати проекта. К концу 2019 года ECM получила 10 патентов на дизайн и программное обеспечение PCB Stator BLDC. PrintStator был использован для успешной интеграции платформы PCB Stator в электромобильность, HVACR, робототехнику, военную, морскую и медицинскую отрасли.

Конструкция двигателя статора на печатной плате ECM улучшает многие проблемы, с которыми сталкивались электродвигатели с момента их изобретения в 1832 году, значительно повышая надежность, эффективность и удельную мощность двигателя, а также преодолевая препятствия современных технологий, включая устойчивость, технологичность, размер и вес. . Использование статоров с печатными платами в двигателях BLDC, безусловно, является следующим шагом в развитии технологии электродвигателей, но, как мы можем видеть из прошлого, он не будет последним.

 

________________

Приложение

[1]https://edisontechcenter.org/electricmotors.html#:~:text=History%20and%20Inventors%3A,motion%20devices%20использование%20электромагнитных%20полей. — Ранняя история электродвигателей и изобретателей
[2] https://shodhganga.inflibnet.ac.in/bitstream/10603/50968/4/chapter%201.pdf — Первые бесколлекторные двигатели постоянного тока
[3] https:// Patents.justia.com/inventor/robert-e-lordo (Патенты на двигатели BLDC) — Патенты на двигатели BLDC с постоянными магнитами
[4] https://www.eti.kit.edu/english/1382.php (изображение источника и информация о первых моторах Якоби)
[5] http://www.bera.org/articles/sprague.html (моторное изображение Sprague)
[6] https://www.hemmings.com/stories/2020/01/31/why-thomas- and-emily-davenport-shouldnt-get-credit-for-inventing-the-electric-car (изображение двигателя Davenport)

История изобретения электродвигателя

 

Вы когда-нибудь пытались сосчитать, сколько вещей вокруг вас имеет электродвигатель в его основе? Список бесконечен, начиная от ваших часов, автомобилей, стиральных машин, DVD-плееров, пылесосов и заканчивая фенами — большинство электроприборов вокруг нас имеют внутри электродвигатель. Если ваше сердце наполнено благодарностью за его изобретатель и вы хотите перелистать страницы прошлого, чтобы узнать как был изобретен электродвигатель , читайте дальше…

Как и многие другие творения, это также было результатом многих блестящих и пытливых умов. Основа изобретения электрического двигателя была заложена только после того, как пробились батарея, магнитные поля от электрических токов и электромагнита. Во всем мире было много изобретателей, которые страстно работали над разработкой решений в области электротехники.

  Известно, что первым электродвигателем был простой электростатический двигатель, созданный Эндрю Гордоном в 1740-х . Позже, в 1820 году, Андре-Мари Ампер открыл закон силы Ампера — принцип, объясняющий возникновение механической силы взаимодействием магнитного поля и электрического тока. Эту идею воплотил в жизнь британский химик и физик Майкл Фарадей . Этот человек был известен своими открытиями в области электромагнитной индукции, и это, безусловно, было одним из главных прорывов в области электротехники.

Родившийся в бедной семье, этот гений с детства был любознательным. Чтобы заработать на жизнь, он работал в переплетном магазине в Лондоне. Его страсть к чтению заставляла его просматривать каждую книгу, которую он переплетал. Он был настолько очарован всем этим, что однажды захотел написать собственную книгу. Кто бы мог подумать, что его страсть и энтузиазм к чтению помогут ему лучше понять свой интерес к понятию силы? Эта привычка помогла ему, когда он изобретал на более позднем этапе своей жизни. Используя электромагнитные средства, Фарадей продемонстрировал преобразование электрической энергии в механическую. Он сделал это, окунув свободно висящий провод в лужу ртути, поместив на него постоянный магнит. При прохождении тока по проводу он вращался вокруг магнита, демонстрируя, что проходящий ток создает круговое магнитное поле вокруг провода.

Хотя такой примитивный двигатель был непригоден для практического использования и мог использоваться только для демонстрации на уроках физики, заменив ртуть соляным раствором, это послужило основой для этого великого изобретения. Пытливый ум и вдохновение привели этого человека к созданию основы великого изобретения.

В 1827 году Аньос Джедлик экспериментировал с электромагнитными катушками, а также решил многие технические проблемы, связанные с повторным вращением, введя коммутатор. Свое устройство он назвал электромагнитным самовращателем. Год спустя Эньос продемонстрировал свою первую машину, которая, как он утверждал, состояла из трех основных компонентов: ротора, коммутатора и статора.

Несколько лет спустя, в 1832 году, Уильям Стерджен представил первый в мире коллекторный двигатель постоянного тока с электронным управлением. Следуя по стопам Осетра, Томас Дэвенпорт создал двигатель постоянного тока для коммерческих целей.

Его машина могла питать печатный станок, а также приводные машины. Но, к сожалению, из-за высокой стоимости батареи Томас стал банкротом. И из-за этих проблем со стоимостью машину нельзя было использовать в коммерческих целях.

1855 Джедлик еще раз попробовал заставить машину работать и применил те же принципы, что и его электромагнитные роторы. Наконец, первая коммерчески быстро развивающаяся машина была представлена ​​Зенобом Граммом в 1871 году. Он представил динамо-машину с анкерным кольцом, которая позаботилась о проблеме пульсирующего постоянного тока с двойным Т-образным якорем. Кроме того, в 1886 году Фрэнк Джулиан Спрэг впервые осуществил двигатель постоянного тока, эта машина могла поддерживать постоянную скорость даже при различных нагрузках.

После попытки Франсуа Араго собрать воедино вращающиеся магнитные поля, также известные как вращения Араго в 1824 году, многие другие изобретатели предприняли усилия по разработке работающих двигателей переменного тока в 1880-х годах — Никола Тесла и Галилео Феррарис разработали вращающиеся двигатели переменного тока. Но двигатель Феррари был объявлен слабым для коммерческого использования.

В 1888 году Тесла представил статью о трансформаторах переменного тока и двигателях. Джордж Вестингауз купил патент Теслы, а также нанял его для их разработки, в то время как К. Ф. Скотт помогал ему. Как и многие другие сбои, которые делают создание сложной задачей, постоянная скорость индукции переменного тока не считалась подходящей для уличных автомобилей. Умные сотрудники Westinghouse — инженеры, работавшие над его разработкой, приспособили его для обеспечения горнодобывающей промышленности в Колорадо в 189 году.1.

Рис. 1: Изображение электродвигателя

В 1886 году американский промышленник по имени Спраг представил первый в мире двигатель постоянного тока с постоянной скоростью. Это позволило его компании издать мировой каталог промышленных электродвигателей. А вскоре, в 1889-90 годах, русский изобретатель и инженер Доливо-Добровольский представил первые в мире варианты трехфазного асинхронного двигателя с ротором с короткозамкнутым ротором.

Интересно, что этот тип двигателей до сих пор используется в коммерческих целях. Руководствуясь собственным изобретением, Добровольский заявил, что двигатель Теслы непригоден для практического использования из-за двухфазных пульсаций.

Вестингауз успешно создал свой первый асинхронный двигатель, который можно было использовать практически в 1892 году. Он разработал асинхронный двигатель на 60 Гц в 1893 году, но все эти ранние двигатели были двухфазными. General Electric начала производить трехфазные асинхронные двигатели к 1891 году. Через пять лет, в 1896 году, Westinghouse и General Electric подписали соглашение о производстве ротора с короткозамкнутым ротором.

В 1905 году Альфред Цеден запатентовал линейный асинхронный двигатель, который можно было использовать в лифтах или поездах. С тех пор Кемперу потребовалось около тридцати лет, чтобы построить этот линейный асинхронный двигатель для использования в 1935. Этот двигатель был импровизирован Лейтуэйтом. Именно он представил первую полноразмерную рабочую модель этого асинхронного двигателя.