agrīnie elektromotori
Faradeja elektromagnētiskie eksperimenti, 1821. gads Pirmie elektromotori bija vienkāršas elektrostatiskas ierīces, ko 1740. gados aprakstīja skotu mūka Endrjū Gordona un amerikāņu eksperimentētāja Bendžamina Franklina eksperimentos. Teorētisko principu, Kulona likumu, 1771. gadā atklāja Henrijs Kavendišs, taču tas vēl nav publicēts. Šo likumu 1785. gadā neatkarīgi atklāja Šarls Augustins de Kulons, kurš to publicēja un tagad ir plaši pazīstams un viņa vārds. [4] Alesandro Volta 1799. gadā izgudrotā elektroķīmiskā šūna [5] ļāva radīt nepārtrauktu strāvu. Pēc tam, kad 1820. gadā atklāja šo mijiedarbību starp strāvām un magnētiskajiem laukiem, ko Hanss Kristianrsteds sauca par elektromagnētisko mijiedarbību, drīz tika panākts liels progress. Andrē-Marī Ampērs prasīja tikai dažas nedēļas, lai izstrādātu pirmo elektromagnētiskās mijiedarbības formulu un ierosinātu Ampēra spēka likumu, kas apraksta elektriskās strāvas un magnētiskā lauka mijiedarbību. mehāniskais spēks. 1821. gadā Maikls Faradejs pirmo reizi demonstrēja rotācijas kustības ietekmi. Brīvi karājas stieple tika iegremdēta dzīvsudraba vannā, kur tika novietots pastāvīgais magnēts (PM). Kad strāva tiek izlaista caur vadu, vads griežas ap magnētu, norādot, ka strāva ap vadu rada ciešu apļveida magnētisko lauku. [7] Šādus motorus parasti demonstrē fizikālos eksperimentos, (toksisko) dzīvsudrabu aizstājot ar sālsūdeni. Bārlova riteņi bija agrīns Faradeja demonstrācijas uzlabojums, lai gan šie un līdzīgi homopolārie motori nebija piemēroti praktiskai lietošanai līdz gadsimta beigām.
Jedlika "Elektromagnētiskais pašrotors", 1827 (Lietišķās mākslas muzejs, Budapešta). Vēsturiskie motori joprojām darbojas labi.
Džeimss Džouls rāda Kelvinam elektromotoru Hantera muzejā Glāzgovā 1842. gadā
1827. gadā ungāru fiziķis Nyos Jedlik sāka eksperimentēt ar elektromagnētiskajām spolēm. Pēc tam, kad Jedliks ar komutatora izgudrojumu atrisināja nepārtrauktas rotācijas tehnisko problēmu, viņš savu agrīno ierīci nosauca par "elektromagnētisko pašrotoru". Lai gan tos izmantoja tikai mācīšanai, 1828. gadā Džedriks demonstrēja pirmo ierīci, kas satur trīs galvenās praktiskā līdzstrāvas motora sastāvdaļas: statoru, rotoru un komutatoru. Ierīce neizmanto pastāvīgos magnētus, jo stacionāro un rotējošo komponentu magnētiskos laukus ģenerē tikai strāva, kas plūst caur to tinumiem.
Līdzstrāvas motors
Britu zinātnieks Viljams Stērdžens 1832. gadā izgudroja pirmo līdzstrāvas kolektora motoru, kas spēj rotēt iekārtas. Pēc Stērdžena darba amerikāņu izgudrotājs Tomass Devenports uzbūvēja kolektora tipa līdzstrāvas motoru, kuru viņš patentēja 1837. gadā. Motors darbojas ar 600 apgriezieniem minūtē un jaudas. elektroinstruments un iespiedmašīna. Primāro akumulatoru augsto izmaksu dēļ elektromotoram nebija komerciālu panākumu, un Devenporta bankrotēja. Vairāki izgudrotāji sekoja Sturgeon, lai izstrādātu līdzstrāvas motorus, taču viņi visi saskārās ar vienu un to pašu akumulatora izmaksu problēmu. Tā kā tajā laikā nebija pieejama elektroenerģijas sadales sistēma, šiem motoriem nebija reāla komerciālā tirgus.
Pēc daudziem citiem vairāk vai mazāk veiksmīgiem mēģinājumiem ar salīdzinoši vājām rotējošām un virzuļvirziena ierīcēm prūšis Morics fon Jakobī 1834. gada maijā radīja pirmo īsto rotējošo elektromotoru. Tas rada neparastu mehānisko jaudu. Viņa motocikls uzstādīja pasaules rekordu, ko Džeikobijs uzlaboja četrus gadus vēlāk, 1838. gada septembrī. Viņa otrais moto bija pietiekami jaudīgs, lai vadītu 14-cilvēku laivu pa platu upi. Arī 1839./40.gadā citiem izstrādātājiem izdevās izgatavot līdzīgas, pēc tam augstākas veiktspējas motorus.
1855. gadā Jedliks uzbūvēja ierīci, kas spēj veikt lietderīgu darbu, izmantojot principus, kas ir līdzīgi tiem, ko izmanto viņa elektromagnētiskais spārns. Tajā pašā gadā viņš uzbūvēja elektromobiļa modeli.
Liels pagrieziena punkts notika 1864. gadā, kad Antonio Pacinoti pirmo reizi aprakstīja toroidālo armatūru (lai gan sākotnēji tā tika izstrādāta līdzstrāvas ģeneratorā (ti, ģeneratorā)). Šai funkcijai ir simetriski grupētas spoles, kas ir aizvērtas viena pret otru un savienotas ar komutatora stieņiem, kuru birstes nodrošina gandrīz nemainīgu strāvu. Pirmie komerciāli veiksmīgie līdzstrāvas motori sekoja Zénobe Gramme izstrādei, kurš 1871. gadā no jauna izgudroja Pacinoti dizainu un pieņēma dažus no Vernera Siemensa risinājumiem.
Līdzstrāvas motora priekšrocības izriet no motora atgriezeniskuma, par ko Siemens paziņoja 1867. gadā un ko atklāja Pacinoti novērojumi, un tas notika 1869. gadā, kad Grehems to nejauši pierādīja 1873. gada Vīnes pasaules izstādē, kad viņš ievietoja divus šīs līdzstrāvas ierīces atrodas 2 km attālumā viena no otras, izmantojot vienu no tām kā ģeneratoru, bet otru kā elektromotoru.
Bungas rotoru 1872. gadā ieviesa Frīdrihs fon Hefners-Alteneks no Siemens un Halske, lai aizstātu Pacinoti gredzenveida armatūru, tādējādi palielinot mašīnas efektivitāti. [6] Nākamajā gadā Siemens & Halske ieviesa laminētos rotorus, kā rezultātā samazinājās dzelzs zudumi un palielinājās inducētais spriegums. 1880. gadā Jonas Wenstrm nodrošināja rotoru ar spraugām tinumu ievietošanai, vēl vairāk uzlabojot efektivitāti.
1886. gadā Frenks Džulians Sprags izgudroja pirmo praktisko līdzstrāvas motoru, dzirkstošu ierīci, kas uzturēja relatīvi nemainīgu ātrumu pie mainīgām slodzēm. Ap šo laiku citi Spraga elektriskie izgudrojumi ievērojami uzlaboja tīkla jaudas sadales veiktspēju (darbs, kas veikts pirms Tomasa Edisona pilnvaru termiņa), ļaujot elektromotoru jaudai atgriezties tīklā, izmantojot gaisvadu vadus un ratiņu stabus, kas nodrošina ratiņus ar barošanu un nodrošina elektriskās darbības vadības sistēma. Tas lika Spragai izgudrot pirmo elektrisko ratiņu sistēmu, izmantojot elektromotorus Ričmondā, Virdžīnijas štatā 1887.–1888. gadā, elektrisko liftu un vadības sistēmu 1892. gadā un elektrisko metro ar neatkarīgi darbināmām centralizēti vadāmām automašīnām. Pēdējo pirmo reizi 1892. gadā Čikāgā uzstādīja South Side Elevated Railroad, kur to sarunvalodā sauca par "L". Sprague elektromotors un ar to saistītie izgudrojumi izraisīja interesi un plaši tika izmantoti rūpnieciskajos elektromotoros. Pieņemamas efektivitātes elektromotoru izstrāde ir aizkavējusies gadu desmitiem, jo nav atzīta gaisa spraugas starp rotoru un statoru kritiskā nozīme. Efektīvām konstrukcijām ir salīdzinoši mazas gaisa spraugas. Tā paša iemesla dēļ Sentluisas automašīna, kas ilgu laiku tika izmantota klasēs, lai ilustrētu kustības principus, ir ārkārtīgi neefektīva un neizskatās pēc modernas automašīnas.
Elektromotori ir radījuši revolūciju nozarē. Rūpnieciskos procesus vairs neierobežo jaudas pārvade, izmantojot vārpstas, siksnas, saspiestu gaisu vai hidrauliku. Tā vietā katru mašīnu var aprīkot ar savu barošanas avotu, ko var viegli kontrolēt lietošanas laikā un uzlabot jaudas pārnešanas efektivitāti. Lauksaimniecībā izmantotie elektromotori atņem cilvēku un dzīvnieku muskuļu spēku no tādiem uzdevumiem kā graudu apstrāde vai ūdens sūknēšana. Elektromotoru izmantošana mājās samazina smago darbu mājās un nodrošina augstākus ērtības, komforta un drošības standartus. Mūsdienās elektromotori patērē vairāk nekā pusi no Amerikas Savienotajās Valstīs saražotās elektroenerģijas.
Maiņstrāvas motors
1824. gadā franču fiziķis Franuā Arago ierosināja rotējoša magnētiskā lauka pastāvēšanu, kas pazīstama kā Arago rotācija, manuāli atverot un aizverot slēdzi, ko Valters Beilijs 1879. gadā demonstrēja kā pirmo primitīvo indukcijas motoru. 1880. gados daudzi izgudrotāji mēģināja izstrādāt dzīvotspējīgus maiņstrāvas motorus [31], jo maiņstrāvas motoru priekšrocības augstsprieguma pārvadē lielos attālumos kompensēja nespēja darboties ar maiņstrāvas motoriem.
1885. gadā Galileo Ferraris izgudroja pirmo bezmaiņstrāvas indukcijas motoru bez kolektora. Ferraris uzlaboja savus pirmos dizainus, ražojot modernākas vienības 1886. gadā. 1888. gadā Turīnas Karaliskā Zinātņu akadēmija publicēja Ferraris detalizētu pētījumu par elektromotoru darbības pamatiem, taču tajā laikā secināja, ka "ierīce, kuras pamatā ir šim principam nevar būt nekāda komerciāla nozīme kā elektromotoram."
Iespējamo rūpniecisko attīstību izdomāja Nikola Tesla, kurš 1887. gadā izgudroja savu autonomo indukcijas motoru un patentēja to 1888. gada maijā. Tajā pašā gadā Tesla iepazīstināja ar savu darbu par AIEE par jaunu sistēmu maiņstrāvas motoriem un transformatoriem, kā aprakstīts trīs divu fāzu četru statora polu motoru tipu patenti: viens ar četru polu rotoru, kas veido pašatneses pretestības motoru, un otrs ar tinumu rotors veido pašpalaišanas indukcijas motoru, un trešais tips ir īsts sinhronais motors, kas attiecīgi nodrošina ierosmes līdzstrāvu rotora tinumiem. Tomēr Tesla 1887. gadā iesniegtajā patentā bija aprakstīts arī īssavienojuma rotoru asinhronais motors. Džordžs Vestinghauss bija ieguvis tiesības no Ferraris (1 $,{12}}) un nekavējoties nopirka Teslas patentus (60 $,000 un 2,50 $ par katru pārdoto zirgspēku automašīnu, kas tika samaksāta 2010. gadā līdz 1897. gadam),[32] nolīga Teslu izstrādāt elektromotoru un uzdeva CF Scott palīdzēt Teslai; tomēr Tesla 1889. gadā aizgāja citur. [Pārmērīgi citāti] Tika konstatēts, ka nemainīga ātruma maiņstrāvas asinhronais motors nebija piemērots tramvajām[31], taču Westinghouse inženieri to veiksmīgi aprīkoja, lai 1891. gadā darbinātu kalnrūpniecības operāciju Telurīdā, Kolorādo. 53][54][55] Westinghouse savu pirmo praktisko indukcijas motoru realizēja 1892. gadā un 1893. gadā izstrādāja daudzfāzu 60 Hz asinhrono motoru saimi, taču šie agrīnie Westinghouse motori tika būvēti ar divfāžu motoru ar rotoriem. Pēc tam BG Lamme izstrādāja vērpšanas stieņa uztīšanas rotoru. [45]
Stingri veicinot trīsfāzu attīstību, Mihails Dolivo-Dobrovolskis 1889. gadā izgudroja trīsfāzu asinhrono motoru, kas ir gan vāveres rotora, gan tinuma rotora tipa ar starta varistoru, un 1890. gadā izgudroja trīs roku transformatoru. Starp AEG un Maschinenfabrik Oerlikon Doliwo-Dobrowolski un Charles Eugene Lancelot Brown izstrādāja lielākus modeļus, 20 ZS vāveres būru un 100 ZS uztītu rotoru ar sākuma varistoru. Tie bija pirmie praktiskai darbībai piemēroti trīsfāzu asinhronie motori. Winstrom ir izstrādājis līdzīgas trīsfāzu mašīnas kopš 1889. gada. Starptautiskajā elektrotehnikas izstādē Frankfurtē 1891. gadā tika veiksmīgi demonstrēta pirmā tālsatiksmes trīsfāžu sistēma. Tas ir novērtēts ar 15 kV un stiepjas 175 km attālumā no Laufenas ūdenskrituma Nekarā. Laufenes spēkstacija sastāv no 240 kW 86 V 40 Hz ģeneratora un pakāpju transformatora, savukārt izstādē pazeminošs transformators darbina 100 ZS trīsfāzu asinhrono motoru, kas darbina mākslīgo ūdenskritumu. oriģinālā transformatora pārnešana. enerģijas avots. ] Trīsfāzu indukciju tagad izmanto lielākajā daļā komerciālo lietojumu. Tomēr viņš apgalvoja, ka Teslas elektromotori bija nepraktiski divu fāžu pulsāciju dēļ, liekot viņam pieturēties pie sava trīsfāzu darba.
1891. gadā GE sāka izstrādāt trīsfāzu asinhrono motoru [45], līdz 1896. gadam GE un Westinghouse parakstīja savstarpējas licencēšanas līgumu par stieņa tinuma rotora, vēlāk pazīstama kā būra rotoru, konstrukciju. Šo izgudrojumu un jauninājumu rezultātā tika veikti indukcijas motora uzlabojumi, tāpēc 100-zirgspēku asinhronajam motoram tagad ir tādi paši uzstādītie izmēri kā 1897. gada 7.5-zirgspēku motoram.
sastāvdaļas
Motora rotors (pa kreisi) un stators (pa labi)
Rotors[rediģēt]
Galvenais raksts: Rotors (elektrisks)
Elektromotorā kustīgā daļa ir rotors, kas griež vārpstu, lai pārraidītu mehānisko jaudu. Rotorā parasti ir vadi, kas pārvadā strāvas, kas mijiedarbojas ar statora magnētisko lauku, lai radītu spēku, kas rotē vārpstu. Alternatīvi, daži rotori nes pastāvīgos magnētus, bet statori tur vadītājus.
gultnis
Rotoru atbalsta gultņi, kas ļauj rotoram griezties ap savu asi. Gultņus savukārt atbalsta motora korpuss. Motora vārpsta stiepjas caur gultni uz motora ārpusi, kur tiek pielietota slodze. Tā kā slodzes spēks tiek pielikts ārpus visattālākā gultņa, slodze tiek apturēta. [59]
stators
Galvenais raksts: Stators
Stators ir motora elektromagnētiskās ķēdes fiksētā daļa un parasti sastāv no tinumiem vai pastāvīgajiem magnētiem. Statora kodols sastāv no daudzām plānām metāla loksnēm, ko sauc par laminācijām. Laminācijas tiek izmantotas, lai samazinātu enerģijas zudumus, kas rastos, ja tiktu izmantota cieta serde.
gaisa sprauga
Attālumu starp rotoru un statoru sauc par gaisa spraugu. Gaisa spraugām ir būtiska ietekme, un tās parasti ir pēc iespējas mazākas, jo lielas gaisa spraugas var spēcīgi negatīvi ietekmēt veiktspēju. Tas ir galvenais zemas jaudas koeficienta avots motora darbībai. Palielinoties gaisa spraugai, palielinās ierosmes strāva. Tāpēc gaisa sprauga ir jāsamazina līdz minimumam. Papildus troksnim un zudumiem nelielas spraugas var izraisīt arī mehāniskas problēmas.
Izcils polu rotors
tinums[rediģēt]
Galvenais raksts: Tinums
Tinums ir vads, kas ievietots spolē, parasti aptīts ap laminētu mīkstu feromagnētisku serdi, lai pēc sprieguma veidotu stabus.
Motori ir pieejami divās pamata lauka polu konfigurācijās: izceļas un neizceļas. Iekārtā ar izcilu polu polu magnētisko lauku rada tinumi, kas uztīti uz poliem zem polu virsmām. Iekārtās, kas nav izvirzītas ar polu vai sadalītu lauka vai riņķveida rotoru, tinumi tiek sadalīti polu virsmas spraugās. [60] Aizēnota pola motoram ir satīta pola daļa, kas aizkavē šī pola magnētiskā lauka fāzi.
Dažu elektromotoru vadītāji sastāv no biezāka metāla, piemēram, metāla sloksnēm vai loksnēm, parasti vara vai alumīnija. Tos parasti vada elektromagnētiskā indukcija.
komutators
Galvenais raksts: Komutators (elektrisks)
Mazs līdzstrāvas motors rotaļlietām un tā komutators
Komutators ir mehānisms, ko izmanto, lai pārslēgtu vairuma līdzstrāvas motoru un dažu maiņstrāvas motoru ievadi. Tas sastāv no slīdgredzena segmentiem, kas izolēti viens no otra un no vārpstas. Motora armatūras strāva tiek piegādāta caur stacionārām birstēm, kas saskaras ar rotējošo komutatoru, kas izraisa nepieciešamo strāvas maiņu un rotoram griežoties no pola uz polu Iedarbiniet motoru vislabākajā iespējamajā veidā. [61][62] Ja nav šīs strāvas maiņas, motors bremzēs līdz apstāšanās brīdim. Ārēji komutēti indukcijas un pastāvīgo magnētu motori aizstāj elektromehāniskos komutētos motorus, ņemot vērā uzlabotās tehnoloģijas elektronisko kontrolieru, bezsensoru vadības, asinhrono motoru un pastāvīgo magnētu motoru jomā.
Motora padeve un vadība
Motora jauda
Kā minēts iepriekš, līdzstrāvas motorus parasti piegādā slīdgredzena komutatori. Maiņstrāvas motora komutāciju var panākt, izmantojot slīdgredzena komutatoru vai ārējo komutāciju, un tas var būt fiksēta ātruma vai mainīga ātruma vadības veids, kā arī sinhrons vai asinhrons tips. Vispārējas nozīmes elektromotori var darbināt gan maiņstrāvas, gan līdzstrāvas.
motora vadība
Pielāgojot spailēm pievadīto līdzstrāvas spriegumu, līdzstrāvas motori var darboties ar mainīgu ātrumu.
Maiņstrāvas motori, kas parasti darbojas ar fiksētu ātrumu, tiek darbināti vai nu tieši no tīkla, vai ar motora mīksto starteri.
Maiņstrāvas motorus, kas darbojas ar mainīgu ātrumu, darbina dažādi jaudas invertori, mainīgas frekvences piedziņas vai elektronisko komutatoru tehnoloģijas.
Termins elektroniskais komutators bieži tiek saistīts ar paškomutētu bezsuku līdzstrāvas motoru un pārslēgtu pretestības motoru.
