История создания электродвигателя

Первые эксперименты с электромагнитными устройствами

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

1800, Вольта

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

1820, Эрстед

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

1821, Фарадей

Первый электродвигатель Фарадея, 1821 г.

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

1822, Ампер

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

1822, Барлоу

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

1825, Араго

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

1825, Стёрджен

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

Вращающееся устройство Йедлика, 1827/28 гг.

1827, Йедлик

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

1831, Фарадей

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

1831, Генри

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

1832, Пикси

Генератор постоянного тока Пикси

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

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

1833, Стёрджен

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

1833, Ленц

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

Первые реальные электрические двигатели

Май 1834, Якоби

Первый вращающийся электродвигатель. Якоби, 1834

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

1836 — 1837, Дэвенпорт

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

1839, Якоби

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

1837 — 1842, Дэвидсон

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

1856, Сименс

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

1861-1864, Максвелл

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

1871-1873, Грамм

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

1885, Феррарис

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

1887, Тесла

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

1889-1891, Доливо-Добровольский

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

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

Выбор между двухфазной и трехфазной системой

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

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

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

Сервис Северные Стрелы —

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Появление электродвигателей переменного тока — Control Engineering Russia

АЛЕКСАНДР МИКЕРОВ, д. т. н., проф. каф. систем автоматического управления СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

В предыдущих статьях [1, 2] описывались первые электрические двигатели с питанием от гальванических батарей. Однако во второй половине XIX века в связи с развитием электрического освещения и дальней передачи электроэнергии появились сети однофазного переменного тока [3]. Это и дало толчок к изобретению электродвигателей переменного тока.

Рис. 1. Двигатель Уитстона

Первый однофазный двигатель был предложен в 1841 г. английским физиком Чарльзом Уитстоном (Charles Wheatstone), известным также своими изобретениями в области электрогенераторов и измерительной техники. Такой двигатель подключается к источнику переменного тока и содержит (рис. 1) статор с шестью электромагнитами (1) и ротор (2) в виде медного диска с тремя подково­образными магнитами (3) полярностью N и S.

Все электромагниты включены последовательно так, что при любой полярности питающего напряжения в промежутках между ними формируются магнитные потоки или полюса чередующейся полярности n и s, показанные на рис. 1 в начальный момент времени t₁ для положительного полупериода питающего напряжения. Предположим, что ротор вращается против часовой стрелки, и рассмотрим силы, действующие на верхний магнит ротора (аналогично работают и остальные магниты). Поскольку разноименные полюса магнитов притягиваются, а одноименные отталкиваются, вращающий момент ротора будет направлен против часовой стрелки, поддерживая его вращение. Если ротор двигателя успеет за полупериод напряжения повернуться на 60°, то в следующий полупериод все полюса статора поменяют полярность и ротор повернется еще на 60°. Таким образом, ротор будет поворачиваться синхронно с частотой перемагничивания электромагнитов (частотой сети), отчего подобные двигатели по предложению Чарльза Штейнмеца и получили название синхронных.

Рис. 2. Векторная диаграмма двигателя

Магнитное поле статора такого двигателя можно изобразить в виде вектора (рис. 2), где Ф₁, Ф₂,… Ф₆ — магнитные потоки статора, взаимодействующие с ротором в последовательные моменты времени t₁, t₂, … t₆, когда питающее напряжение меняет свой знак. Получается, что вектор магнитного потока статора шагает по окружности синхронно с ротором, поэтому такое магнитное поле можно назвать шагающим.

При реальных частотах сети 50–60 Гц такой двигатель, конечно, запуститься не сможет, но если его ротор раскрутить, например, вручную или другим двигателем до синхронной скорости, то он будет устойчиво работать с частотой вращения, пропорциональной частоте сети. При электрификации Лондона посредством однофазного напряжения в 1889 г. в качестве такого «раскруточного» двигателя применили так называемый универсальный двигатель (рис. 3) с обмотками якоря (1) и возбуждения (2). Его конструкция была разработана в 1884–85 гг. независимо друг от друга Вернером Сименсом и соавторами трансформатора, венгерскими инженерами Микша Дери и Отто Блати [4–6].

Рис. 3. Универсальный двигатель

Универсальные двигатели до сих пор широко применяются при мощности до нескольких киловатт, особенно в бытовой технике. Они привлекают производителей легкостью изменения скорости с помощью регулирования напряжения, как в обычном двигателе постоянного тока. Однако для мощных приводов такое регулирование было в то время затруднительным. Поэтому для электрической тяги на железных дорогах и в лифтах с питанием от сети переменного тока стали применять так называемый репульсионный двигатель, изобретенный в 1885 г. знаменитым американским электротехником Илайю Томсоном (Elihu Thomson) и усовершенствованный позднее Микша Дери [3, 5, 6].

Рис. 4. Репульсионный двигатель

Илайю Томсон (1853–1937), родом из Англии, соединял в себе таланты блестящего университетского профессора, крупного инженера, плодовитого изобретателя (696 патентов) и успешного предпринимателя [7]. Он разработал различные системы электрического освещения, высокочастотные генератор и трансформатор, самопишущий ваттметр, один из способов электросварки, а также, например, улучшил рентгеновские трубки. Томсон основал электротехнические компании в Англии, Франции и США. В 1892 г. его компания Thomson–Houston слилась с компанией Эдисона, образовав крупнейшую электротехническую компанию мира — General Electric.

По конструкции репульсионный двигатель, схема которого показана на рис. 4, похож на универсальный двигатель с якорем (1) и возбуждением в виде электромагнита (2). Отличие состоит в том, что щетки двигателя (3) закорочены и могут вручную поворачиваться [8]. При питании переменным напряжением в закороченной обмотке якоря наводится ЭДС и идет ток, направление которого, в соответствии с законом Ленца, таково, что создаваемый им поток противодействует магнитному потоку статора.

Тогда, если в некоторый полупериод питающего напряжения электромагнит (2) имеет полюс N внизу, то якорь (1) — такой же полюс наверху, как показано на рис. 4, что приведет к их взаимному отталкиванию и вращению ротора по часовой стрелке. Это и объясняет название двигателя, которое в дословном переводе означает «отталкивающийся». При этом величина наводимой ЭДС, а значит, и вращающего момента определяются положением щеток. Когда они горизонтальны, ЭДС и момент максимальны (режим пуска). Далее при повороте щеток против часовой стрелки момент будет падать, а скорость нарастать. Таким образом, пуск и скорость репульсионного двигателя легко регулируются разворотом щеток без изменения напряжения питания.

Тем не менее проблемы всех коллекторных двигателей, связанные с искрением, помехами и быстрым износом, были решены лишь после создания асинхронного двигателя. По своему устройству он гораздо проще любого двигателя постоянного тока, поэтому удивительно, что он был изобретен почти на полстолетия позже, несмотря на то, что, как отмечал Илайю Томсон: «Трудно составить такую комбинацию из магнитов переменного тока и кусков меди, которая не имела бы тенденции к вращению» [5].

Рис. 5. Галилео Феррарис (1847–1897)

Асинхронный двигатель базируется на концепции вращающегося магнитного поля, выдвинутой практически одновременно в середине 1880-х гг. двумя выдающимися учеными — Николой Теслой [3] и итальянским профессором физики Галилео Феррарисом (Galileo Ferraris) (рис. 5). Последний родился на севере Италии в семье фармацевта и после окончания Туринского университета стал профессором Музея индустрии, где изучал трансформаторы, многофазные цепи, линии передачи переменного тока, а также оптические приборы. Он прожил короткую жизнь, но успел заслужить в Европе звание «отца трехфазного тока» [5, 9, 10].

Если вернуться к концепции, то во вращающемся магнитном поле вектор магнитного потока статора постоянен по величине, но, в отличие от шагающего поля (рис. 2), непрерывно (равномерно) вращается с синхронной скоростью. Тогда очевидно, что ротор в виде магнита, помещенный внутри такого поля, будет вовлекаться им в синхронное вращение, что и происходит в рассмотренном выше двигателе Уитстона. Однако выяснилось, что аналогично будет вращаться и немагнитный ротор из любого проводящего металла. Еще в 1824 г. известный французский физик академик Доминик Араго (Dominique Arago) продемонстрировал опыт, названный им «магнетизмом вращения» [5] и показанный на рис. 6.

Рис. 6. Опыт Араго

Диск (1) из меди или стали на стеклянной пластине (2) вращался в том же направлении, что и вращающийся магнит (3). Объяснение этому загадочному явлению нашел Майкл Фарадей в 1831 г. после открытия закона электромагнитной индукции (закона Фарадея). Согласно ему, вращающееся магнитное поле магнита индуцирует в диске вихревые токи, создающие собственное магнитное поле, взаимодействующее с вращающимся.

Рис. 7. Опыт Бейли

Этот принцип и лежит в основе современных асинхронных двигателей (в английской литературе — индукционных), имеющих металлический ротор и отличающихся только тем, что в них вращающееся магнитное поле образуется неподвижной обмоткой статора. Первый шаг к созданию такого двигателя был сделан английским физиком Уолтером Бейли (Walter Bailey) в 1879 г., заменившим в опыте Араго вращающийся магнит на четыре электромагнита (2–5), токи в которых переключались последовательно вручную (рис. 7) [5, 10]. Но такое устройство создавало шагающее через 90^o магнитное поле. А как получить непрерывно (равномерно) вращающееся магнитное поле?

На этот вопрос ответил вышеупомянутый Феррарис в 1888 г. в докладе Туринской академии наук, математически сформулировав два условия [5, 10]:

1. Обмотка двигателя должна содержать две независимые части (называемые теперь фазами), магнитные потоки которых геометрически взаимно перпендикулярны.
2. Фазы должны быть запитаны двумя гармоническими напряжениями, сдвинутыми на четверть периода (синус и косинус).

Позднее Михаил Осипович Доливо-Добровольский предложил называть такую систему токов Drehstrom, что в дословном переводе с немецкого означает «вращательный ток» [6].

Рис. 8. Двухфазный двигатель Феррариса

Свою теорию Феррарис блестяще подтвердил макетом двигателя мощностью 3 Вт (рис. 8), имеющего ротор (1) в виде полого медного стаканчика и статор (2) с фазами A и B. Фазы разделены на две секции с разным числом витков, намотанных проводом разного диаметра так, чтобы создавать индуктивный сдвиг фаз токов в 90° при питании от однофазной сети.

В 1890 г. французские инженеры Морис Хитин (Maurice Hutin) и Морис Леблан (Maurice Leblanc) предложили использовать для сдвига фаз токов конденсатор [6]. В таком виде двухфазный двигатель дожил до наших дней под названием конденсаторного двигателя. При этом габариты конденсатора соизмеримы с размерами самого двигателя, поэтому данное техническое решение пригодно только для маломощных двигателей.

Сам Феррарис также заявлял, что «…аппарат, основанный на исследованном нами принципе, не может иметь никакого промышленного значения как двигатель» [10]. Поэтому он его не запатентовал (как, впрочем, и остальные свои открытия) и отклонил, в отличие от Теслы, предложение Вестингауза о сотрудничестве. Тем не менее его работы дали впоследствии повод оспаривать патенты Теслы в некоторых из 25 судебных процессов компании Вестингауза [5, 9]. Пессимистический вывод о перспективах своего двигателя Феррарис сделал, оценив величину его КПД в точке максимума мощности на валу — ниже 50%. Однако в данной точке это справедливо и для двигателей постоянного тока. Поэтому в дальнейшем рабочие точки стали выбирать ближе к скорости холостого хода, где в идеале КПД любого электродвигателя стремится к 100%.

Рис. 9. Двигатель Теслы

Совершенно по другому пути пошел Тесла, предложив в 1887 г. многофазные системы, где сдвинутые напряжения питания фаз вырабатывались питающим генератором, как показано, например, на рис. 9, где: 1 — генератор, 2 — двухфазный двигатель, 3 — контактные кольца генератора, 4 — обмотка ротора (кольца двигателя не показаны) [5, 10].

При положении переключателя ON ротор запитывается постоянным напряжением, и это двухфазный синхронный двигатель с электромагнитным возбуждением. В положении OFF обмотка ротора закорачивается, и получается асинхронный двигатель, названный Теслой индукционным. Эксперт патентного ведомства поначалу не поверил в работоспособность такого странного двигателя, пока Тесла не продемонстрировал ему действующий макет (рис. 10).

Рис. 10. Макет двигателя Теслы

Двигатели Теслы и Феррариса легко запускались от питающей сети, однако с увеличением нагрузки их скорость падала, что подтверждается принципиальным отличием асинхронного двигателя от синхронного. Действительно, асинхронный двигатель развивает вращающий момент лишь при наличии тока, а следовательно, и ЭДС, индуцируемой в роторе. А, по закону Фарадея, это возможно лишь тогда, когда ротор пересекает силовые линии поля статора, т. е. когда скорости их вращения не одинаковы (не синхронны).

Как описано в статье [3], Тесла вместе с Вестингаузом начали активно внедрять асинхронные двигатели в жизнь, однако они были доведены до совершенства и приняли современный вид лишь благодаря трудам нашего соотечественника Михаила Осиповича Доливо-Добровольского, которые будут рассмотрены в следующих статьях.

Что касается многофазных синхронных двигателей, то они нашли широкое применение там, где требуется стабильная скорость вращения, например в компрессорах, приводах генераторов и т. д. Синхронные двигатели с постоянными магнитами входят в состав современных вентильных двигателей, создающих все большую конкуренцию пока еще наиболее распространенным электродвигателям постоянного тока.

Литература

1. Микеров А. Г. Первый практически полезный электродвигатель Якоби и его развитие. Control Engineering Россия. 2015. №5 (59).
2. Микеров А. Г. Создание прототипов электродвигателей автоматики. Control Engineering Россия. 2016. №1 (61).
3. Микеров А. Г. Никола Тесла и передача электроэнергии переменными токами. Control Engineering Россия. 2016. №5 (65).
4. Микеров А. Г. Вернер Сименс — основатель европейской электроиндустрии (К 200-летию со дня рождения). Control Engineering Россия. 2016. №6 (66).
5. История электротехники / Под ред. И. А. Глебова. М.: Изд-во МЭИ. 1999.
6. Белькинд Л. Д. и др. История энергетической техники. М.-Л.: Госэнергоиздат. 1960.
7. www.britannica.com/biography/Elihu-Thomson
8. www.en.wikipedia.org/wiki/Repulsion_motor
9. www.edisontechcenter.org/GalileoFerraris.html
10. Цверава Г. К. Никола Тесла (1856–1943). Л.: Наука. 1974.
11. Штёлтинг Г., Байсее А. Электрические микромашины. М.: Энергоатомиздат. 1991.

200 лет электродвигателю / Хабр

Электромотор Фарадея 1822 года

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

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

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

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

Фарадей (слева), Дэви (справа).

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

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

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

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

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

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

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

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

Последствия изобретения Фарадея

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

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

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

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

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

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

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

В 1831 году, через два года после смерти Дэви и после завершения работы Фарадея в рабочей группе над стекольным проектом, он вернулся к экспериментам с электричеством, занявшись акустикой. Он объединился с Чарльзом Уитстоном для изучения звуковых колебаний. Фарадея особенно интересовало, как звуковые колебания можно наблюдать, когда скрипичный смычок проводит по металлической пластине, слегка присыпанной песком, создавая отчетливые узоры, известные как фигуры Хладни. В этом видеоролике:

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

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

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

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

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

• Первая в России серийная система управления двухтопливным двигателем с функциональным разделением контроллеров
• В современном автомобиле строк кода больше чем…
• Бесплатные онлайн-курсы по Automotive, Aerospace, робототехнике и инженерии (50+)
• McKinsey: переосмысляем софт и архитектуру электроники в automotive

Вакансии

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

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

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

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

• Старший инженер программист
• Системный аналитик
• Руководитель группы калибровки
• Ведущий инженер-испытатель
• Инженер по требованиям
• Инженер по электромагнитной совместимости
• Системный аналитик
• Старший инженер-программист ДВС

О компании ИТЭЛМА

Мы большая компания-разработчик automotive компонентов. В компании трудится около 2500 сотрудников, в том числе 650 инженеров.

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

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

Список полезных публикаций на Хабре

• Бесплатные онлайн-курсы по Automotive, Aerospace, робототехнике и инженерии (50+)
• [Прогноз] Транспорт будущего (краткосрочный, среднесрочный, долгосрочный горизонты)
• Лучшие материалы по взлому автомобилей с DEF CON 2018-2019 года
• [Прогноз] Motornet — сеть обмена данными для роботизированного транспорта
• Компании потратили 16 миллиардов долларов на беспилотные автомобили, чтобы захватить рынок в 8 триллионов
• Камеры или лазеры
• Автономные автомобили на open source
• McKinsey: переосмысляем софт и архитектуру электроники в automotive
• Очередная война операционок уже идет под капотом автомобилей
• Программный код в автомобиле
• В современном автомобиле строк кода больше чем…

Электрический двигатель

Статья опубликована 26. 06.2014 06:06

Последняя правка произведена 27.01.2016 18:29

Определение.

Электрический двигатель – механизм или специальная машина, предназначенная для преобразования электрической энергии в механическую, при котором так же выделяется тепло.

Предыстория.

Якоби Борис Семенович

Уже в 1821 году, знаменитый британский ученый Майкл Фарадей продемонстрировал принцип преобразования электромагнитным полем электрической энергии в механическую энергию. Установка состояли из подвешенного провода, которых окунался в ртуть. Магнит устанавливался посередине колбы с ртутью. При замыкании цепи, провод начинал вращение вокруг магнита, демонстрируя то, что вокруг провода, эл. током, образовывалось электрическое поле.

Эту модель двигателя часто демонстрировали в школах и университетах. Данный двигатель считается самым простым видом из всего класса электродвигателей. Впоследствии он получил продолжение в виде Колеса Барлова. Однако новое устройство носило лишь демонстрационный характер, поскольку вырабатываемые им мощности были слишком малы.

Ученые и изобретатели работали над двигателем с целью использования его в производственных нуждах. Все они стремились к тому, чтобы сердечник двигателя двигался в магнитном поле вращательно-поступательно, на манер поршня в цилиндре паровой машины. Русский изобретатель Б.С. Якоби сделал все гораздо проще. Принцип работы его двигателя заключался в попеременном притяжении и отталкивании электромагнитов. Часть электромагнитов были запитаны от гальванической батареи, и направление течения тока в них не менялась, а другая часть подключалась к батарее через коммутатор, благодаря которому изменялось направление течения тока через каждый оборот. Полярность электромагнитов менялась, и каждый из подвижных электромагнитов то притягивался, то отталкивался от соответствующего ему неподвижного электромагнита. Вал приходил в движение.

электродвигатель Бориса Якоби

Изначально мощность двигателя была небольшой и составляла всего 15 Вт, после доработок, Якоби удалось довести мощность до 550 Вт. . 13 сентября 1838 году, лодка, оборудованная этим двигателем, плыла с 12 пассажирами по Неве, против течения, развивая при этом скорость в 3 км/ч. Двигатель был запитан от большой батареи, состоящей из 320 гальванических элементов. Мощность современных электрических двигателей превышает 55 кВт. По вопросом прибретения электрических двигателей смотрите здесь.

Принцип действия.

В основу работы электрической машины заложено явление электромагнитной индукции (ЭМИ). Явление ЭМИ заключается в том, что при любом изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, в нем (контуре) образуется индукционный ток.

Сам двигатель состоит из ротора (подвижной части – магнита или катушки) и статора (неподвижной части – катушки). Чаще всего конструкция двигателя представляет собой две катушки. Статор обложен обмоткой, по которой, собственно, и течет ток. Ток порождает магнитное поле, которое воздействует на другую катушку. В ней, по причине ЭМИ, так же образуется ток, который порождает магнитное поле, действующее на первую катушку. И так все повторяется по замкнутому циклу. В итоге, взаимодействие полей ротора и статора создает вращающий момент, приводящий в движение ротор двигателя.
Таким образом, происходит трансформация электрической энергии в механическую, которую можно использовать в различных приборах, механизмах и даже в автомобилях.

Классификация электрических двигателей.

По способу питания:

• двигатели постоянного тока – запитываются от источников постоянного тока.

• двигатели переменного тока — запитываются от источников переменного тока.

• универсальные двигатели – запитываются как от постоянного, так и переменного тока.

По конструкции:

Коллекторный электродвигатель — электродвигатель, в котором в качестве датчика положения ротора и переключателя тока используется щеточноколлекторный узел.

Бесколлекторый электродвигатель – электродвигатель, состоящий из замкнутой системы, в которой используются: системы управления (преобразователь координат), силовой полупроводниковый преобразователь (инвертор), датчик положения ротора (ДПР).

• С приведением в действие постоянными магнитами;

• С параллельным соединением якоря и обмоток возбуждения;

• С последовательным соединением якоря и обмоток возбуждения;

• Со смешанным соединением якоря и обмоток возбуждения;

трехфазные асинхронные двигатели

По количеству фаз:

• Однофазные – запускаются вручную, либо же имеют пусковую обмотка или фазосдвигающую цепь.

• Двухфазные

• Трехфазные

• Многофазные

По синхронизации:

• Синхронный электродвигатель – электрический двигатель переменного тока с синхронным движением магнитного поля питающего напряжения и ротора.

• Асинхронный электродвигатель – электрический двигатель переменного тока с отличающейся частотой движения ротора и магнитного поля, порождаемого питающим напряжением.

Электродвигатель постоянного тока: принцип работы и действия, устройство, характеристики

Содержание

1. Краткая история создания
2. Принцип действия электродвигателя постоянного тока
3. Устройство электродвигателя постоянного тока
4. Особенности и характеристики электродвигателя постоянного тока

Сейчас невозможно представить нашу жизнь без электродвигателей. Они приводят в действие станки, бытовую технику и инструменты, поезда, трамваи и троллейбусы, компьютеры, игрушки и разные подвижные механизмы, устанавливаются на производственных станках, если частоту вращения рабочего вала требуется регулировать в широком диапазоне. Агрегаты для преобразования электрической энергии в механическую представлены множеством видов и моделей (синхронные, асинхронные, коллекторные и т. д.). Из этой статьи вы узнаете, что такое электродвигатель постоянного тока, его устройство и принцип действия.

Краткая история создания

Разные ученые пытались создать экономичный и мощный двигатель еще с первой половины 19 века. Основой послужило открытие М.Фарадея, сделанное в 1821 г. Он обнаружил, что помещенный в магнитное поле проводник вращается. Отталкиваясь от этого, в 1833 г изобретатель Томас Дэвенпорт смог сконструировать двигатель постоянного тока, а позже, в 1834 г, ученый Б.С.Якоби придумал прообраз современной модели двигателя с вращающимся валом. Устройство, более похожее на современные агрегаты, появилось в 1886 г, и до сегодняшнего дня электродвигатель продолжает совершенствоваться.

Принцип действия электродвигателя постоянного тока

На мысль о создании двигателя ученых натолкнуто следующее открытие. Помещенная в магнитное поле проволочная рамка с пропущенным по ней током начинает вращаться, создавая механическую энергию. Принцип действия электродвигателя постоянного тока основывается на взаимодействии магнитных полей рамки и самого магнита. Но одна рамка после определенного количества вращений замирает в положении, параллельном внешнему магнитному полю. Для продолжения движения необходимо добавить вторую рамку и в определенный момент переключить направление тока.

Вместо рамок в двигателе используется набор проводников, на которые подается ток, и якорь. При запуске вокруг него возбуждается магнитное поле, взаимодействующее с полем обмотки. Это заставляет якорь повернуться на определенный угол. Подача тока на следующие проводники приводит к следующему повороту якоря, и далее процесс продолжается.

Магнитное поле создается либо с помощью постоянного магнита (в маломощных агрегатах), либо с помощью индуктора/обмотки возбуждения (в более мощных устройствах).

Попеременную зарядку проводников якоря обеспечивают щетки, сделанные из графита или сплава графита и меди. Они служат контактами, замыкающими электрическую сеть на выводы пар проводников. Изолированные друг от друга выводы представляют собой кольцо из нескольких ламелей, которое находится на оси вала якоря и называется коллекторным узлом. Благодаря поочередному замыканию ламелей щетками двигатель вращается равномерно. Степень равномерности работы двигателя зависит от количества проводников (чем больше, тем равномернее).

Устройство электродвигателя постоянного тока

Теперь, когда вы знаете, как работает электродвигатель постоянного тока, пора ознакомиться с его конструкцией.

Как и у других моделей, основу двигателя составляют статор (индуктор) – неподвижная часть, и якорь вкупе с щеточноколлекторным узлом – подвижная часть. Обе части разделены воздушным зазором.

В состав статора входят станина, являющаяся элементом магнитной цепи, а также главные и добавочные полюса. Обмотки возбуждения, необходимые для создания магнитного поля, находятся на главных полюсах. Специальная обмотка, улучшающая условия коммутации, расположена на добавочных полюсах.

Якорь представляет собой узел, состоящий из магнитной системы (она собрана из нескольких листов), набора обмоток (проводников), уложенных в пазы, и коллектора, который подводит постоянный ток к рабочей обмотке.

Коллектор имеет вид цилиндра, собранного из изолированных медных пластин. Он насажен на вал двигателя и имеет выступы, к которым подходят концы секций обмотки якоря. Щетки снимают ток с коллектора, входя с ним в скользящий контакт. Удержание щеток в нужном положении и обеспечение их нажатия на коллектор с определенной силой осуществляется щеткодержателями.

Многие модели двигателей оснащены вентилятором, задача которого – охлаждение агрегата и увеличение продолжительности рабочего периода.

Особенности и характеристики электродвигателя постоянного тока

Эксплуатационные характеристики электродвигателя постоянного тока позволяют широко использовать это устройство в самых разных сферах – от бытовых приборов до транспорта. К его преимуществам можно отнести:

• Экологичность. При работе не выделяются вредные вещества и отходы.
• Надежность. Благодаря довольно простой конструкции он редко ломается и служит долго.
• Универсальность. Он может использоваться в качестве как двигателя, так и генератора.
• Простота управления.
• Возможность регулирования частоты и скорости вращения вала – достаточно подключить агрегат в цепь переменного сопротивления.
• Легкость запуска.
• Небольшие размеры.
• Возможность менять направление вращения вала. В двигателе с последовательным возбуждением нужно изменить направление тока в обмотке возбуждения, во всех остальных типах – в якоре.

Как и любое устройство, электродвигатели постоянного тока имеют и «слабые стороны»:

• Их себестоимость, следовательно, и цена достаточно высока.
• Для подключения к сети необходим выпрямитель тока.
• Самая уязвимая и быстроизнашивающаяся деталь – щетки – требует периодической замены.
• При сильной перегрузке может случиться возгорание. Если соблюдать правила эксплуатации, такая возможность исключена.

Но, как видите, достоинства явно перевешивают, поэтому на данный момент электродвигатель является одним из наиболее экономичных и эффективных устройств. Зная устройство и принцип работы электродвигателя постоянного тока, вы сможете самостоятельно собрать и разобрать его для техосмотра, чистки или устранения неисправностей.

Институт — История — Изобретение электродвигателя 1800-1854

Электротехнический институт (ETI)

Краткая история электродвигателей. Часть 1

Унив.-проф. д-р инж. Мартин Доппельбауэр

Резюме

С изобретением батареи (Алессандро Вольта, 1800 г.), генерации магнитного поля из электрического тока (Ганс Кристиан Эрстед, 1820 г.) и электромагнита (Уильям Стерджен, 1825 г.) был заложен фундамент для создания электродвигателей. В то время еще оставалось открытым вопрос о том, должны ли электродвигатели быть вращающимися или возвратно-поступательными машинами, т. е. имитировать плунжерный шток паровой машины.

Во всем мире над этой задачей параллельно работали многие изобретатели — это была «модная» проблема. Почти ежедневно открывались новые явления. Изобретения в области электротехники и ее приложений витали в воздухе.

Часто изобретатели ничего не знали друг о друге и разрабатывали аналогичные решения самостоятельно. Национальные истории формируются соответственно до наших дней. Нижеследующее является попыткой представить всеобъемлющую и нейтральную картину.

Первое вращающееся устройство, приводимое в действие электромагнетизмом, было построено англичанином Питером Барлоу в 1822 году (Колесо Барлоу).

После многих других более или менее успешных попыток с относительно слабым вращающимся и возвратно-поступательным устройством немецкоязычный пруссак Мориц Якоби создал в мае 1834 года первый настоящий вращающийся электродвигатель , который действительно развивал замечательную механическую выходную мощность. Его мотор установил мировой рекорд, который был улучшен всего четыре года спустя, в сентябре 1838 года, самим Якоби. Его второй мотор был достаточно мощным, чтобы перевезти лодку с 14 людьми через широкую реку. Только в 1839 г./40, что другим разработчикам по всему миру удалось построить двигатели с аналогичными, а затем и с более высокими характеристиками.

Уже в 1833 году немец Генрих Фридрих Эмиль Ленц опубликовал статью о законе взаимности магнитоэлектрических и электромагнитных явлений, т.е. обратимости электрического генератора и двигателя . В 1838 году он предоставил подробное описание своих экспериментов с генератором Pixii, который он использовал как двигатель.

В 1835 году два голландца Сибрандус Стратинг и Кристофер Беккер построили электродвигатель, который приводил в действие небольшую модель автомобиля. Это первое известное практическое применение электродвигателя. В феврале 1837 года американцу Томасу Дэвенпорту был выдан первый патент на электродвигатель.

Однако все ранние разработки Якоби, Стратинга, Дэвенпорта и других в конечном итоге не привели к появлению электродвигателей, которые мы знаем сегодня.

Двигатель постоянного тока был создан не на основе этих двигателей, а в результате разработки генераторов энергии (динамометров). Основы были заложены Уильямом Ритчи и Ипполитом Пикси в 1832 году с изобретением коммутатора и, что наиболее важно, Вернером Сименсом в 1856 году с двойным Т-образным анкером и его главным инженером Фридрихом Хефнер-Альтенеком в 1872 году с изобретением барабанная арматура. Сегодня двигатели постоянного тока по-прежнему занимают доминирующее положение на рынке в диапазоне малой мощности (менее 1 кВт) и низкого напряжения (ниже 60 В).

В период с 1885 по 1889 год была изобретена трехфазная электрическая система , которая является основой для современной передачи электроэнергии и передовых электродвигателей. Нельзя назвать ни одного изобретателя трехфазной системы электроснабжения. Есть несколько более или менее известных имен, которые принимали непосредственное участие в изобретениях (Брэдли, Доливо-Добровольски, Феррарис, Хазельвандер, Тесла и Венстрем).

Сегодня трехфазный синхронный двигатель используется в основном в высокодинамичных приложениях (например, в роботах) и в электромобилях. Впервые он был разработан Фридрихом Августом Хазельвандером в 1887 году.

Очень успешный трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором   был впервые построен Михаилом Доливо-Добровольским в 1889 году. Сегодня это наиболее часто производимая машина в диапазоне мощностей 1 кВт и выше.

Расписание 18:00 — 18:34: первые эксперименты с электромагнитными устройствами 

1800	Впервые Allessandro Volta (итальянский) вырабатывает непрерывную электрическую энергию (в отличие от искры или статического электричества) из пакета серебряных и цинковых пластин.
1820	Ганс Кристиан Эрстед (Дениш) обнаружил генерацию магнитного поля электрическими токами, наблюдая за отклонением стрелки компаса. Это был первый случай, когда механическое движение было вызвано электрическим током.
1820	Андре-Мари Ампер (Франция) изобретает цилиндрическую катушку (соленоид).

1821	Майкл Фарадей (британец) создает два эксперимента для демонстрации электромагнитного вращения. Вертикально подвешенный провод движется по круговой орбите вокруг магнита.	Вращающаяся проволока Фарадея, 1821 г. Фото предоставлено Отделом труда и промышленности, Национальный музей американской истории, Смитсоновский институт
1822	Питер Барлоу  (британец) изобретает прялку (колесо Барлоу = униполярная машина).	Колесо Барлоу, 1822 г. Философский журнал, 1822 г., том. 59
1825- 1826	Уильям Стерджен  (британец) изобретает электромагнит , катушку из проводов с железным сердечником для усиления магнитного поля.	Первый электромагнит Осетра, 1825 г. Труды Общества поощрения искусств, мануфактур и торговли, 1824 г., том. 43, пл. 3
1827-1828	Istvan (Ányos) Jedlik (венгр) изобретает первую роторную машину с электромагнитами и коммутатором. Однако Джедлик публично сообщил о своем изобретении только спустя десятилетия, и фактическая дата изобретения неизвестна. До сих пор многие венгры считают, что Джедлик изобрел электродвигатель. Функциональная модель его аппарата выставлена ​​в Художественном музее Будапешта. Хотя на самом деле это мог быть первый электродвигатель, следует понимать, что это устройство не оказало никакого влияния на дальнейшее развитие электрических машин. Изобретение Джедлика долгое время оставалось скрытым и изобретателем не преследовалось. Область электротехники ничем не обязана Джедлику.	Поворотное устройство Jedlik, 1827/28 Фото: Википедия Электромобиль Джедлика, 1827/28 9 гг.0087 Фото: Википедия
до 1830	Иоганн Михаэль Эклинг, механик из Вены, строит двигатель по планам и идеям профессора Андреаса фон Баумгартнера (австрийский физик; с 1823 г. профессор физики и прикладной математики в Вене). Этот аппарат был приобретен в 1830 г. Инсбрукским университетом по цене 50 фл. Год постройки неизвестен, но, должно быть, до 1830 года, поскольку дата покупки доказана.	Двигатель Баумгартнера, построенный Эклингом до 1830 г. Фото предоставлено Университетом Инсбрука, Музей экспериментальной физики, АО. ун-т Проф. Маг. Доктор Армин Денот.

1831	Джозеф Генри (американец) находит закон индукции независимым от Фарадея и строит маленькую магнитную качельку. Он описывает это как «философскую игрушку». В статье для английского журнала Philosophical Magazine, в 1838 году англичанин Ф. Уоткинс подробно описывает устройство Генри и называет его первым из когда-либо известных электродвигателей. Эта точка зрения распространяется и по сей день в основном в британской литературе.	Магнитный коромысло Генри, 1831 American Journal of Science, 1831, vol. 20, с. 342
апрель 1832	Savatore  dal Negro (итальянец) создает устройство, которое может поднять 60 граммов за одну секунду на 5 сантиметров и, следовательно, развивает механическую мощность почти 30 мВт. Он, вероятно, был вдохновлен магнитным коромыслом Генри и создает аналогичную поршневую машину. Однако устройство Даль Негро может производить движение с помощью специального зубчатого механизма. Даль Негро описывает свои эксперименты в письме от апреля 1832 г., а затем в научной статье « Nuova Macchina élettro- Magnetica » в марте 1834 г. Его устройства хранятся в Музее истории физики в Падуанском университете. К сожалению, они не отображаются.	Электромагнитный маятник Даля Негро, 1832 Annali delle Scienze de Regno Lombardo-Veneto, März 1834, pl. 4
июль 1832	Первое публичное описание вращающейся электрической машины . Автор — анонимный писец с инициалами П.М. Сейчас с большой долей вероятности его идентифицировали как ирландца Фредерика Мак-Клинтока из Дублина. Майкл Фарадей, получатель письма от 26 июля 1832 г., немедленно его публикует. Впервые публично описывается вращающаяся электрическая машина.	Первое описание вращающейся электрической машины П.М., 1832 Философский журнал, 1832, с. 161-162
июль 1832	Hippolyte Pixii (Франция) строит первый аппарат для получения переменного тока из вращения.   Устройство представлено публично в сентябре 1832 года на собрании Академии наук . Его описание уже напечатано в июльском номере Annales de Chimie . В том же году Pixii улучшил свое устройство, добавив коммутационное устройство. Теперь он может производить пульсирующий постоянный ток.	Первый генератор постоянного тока Pixii, 1832/33 г. F. Niethammer, Ein- und Mehrphasen-Wechsel-strom-Erzeuger, Verlag S. Hirzel, Лейпциг 1906
1832	Уильям Ричи (британец) сообщил в марте 1833 года об устройстве, которое, как он утверждал, было построено девятью месяцами раньше, летом 1832 года. Это вращающийся электромагнитный генератор с четырьмя роторными катушками, коммутатором и щетками. Таким образом, Ритчи обычно считается изобретателем коммутатора. В конце своей статьи Ричи описывает, как он смог вращать электрический магнит, используя магнитное поле Земли. Он мог поднять вес в несколько унций (50-100 граммов). Коммутация производилась двумя концами проводов, входившими в два полукруглых желоба ртути.	Первый генератор постоянного тока с коммутатором, 1832/33 г. Вращающаяся катушка Ричи, 1833 Philosophical Trans. Лондонского королевского общества, 1833 г., Vol. 132, стр.316, пл.7
Январь 1833	A Доктор Шультесс читает лекцию в Обществе инженеров в Цюрихе в 1832 году, в которой описывает свои идеи об электродвигателе. В январе 1833 года он успешно продемонстрировал машину перед тем же цюрихским обществом. Дальнейшие подробности неизвестны.
Март 1833	Осенью 1832 года Уильям Стерджен строит вращающееся электрическое устройство, которое он публично демонстрирует в марте 1833 года в Лондоне. Как и в случае с Джедликом, нет точных данных о дате и деталях его постройки. Стерджен сообщил об изобретении в 1836 году в первом выпуске собственного журнала.	Вращательное устройство Осетра, 1832 г. Sturgeon’s Annals of Electricity, 1836/37, vol. 1

Расписание 1834 — 1837: Первые настоящие электродвигатели

Май 1834	Мориц Герман Якоби (немецкоязычный пруссак, натурализованный русский) начинает с экспериментов над подковообразным электромагнитом в начале 1833 года в Кенигсберге (тогда Пруссия, ныне Россия). В январе 1834 года он пишет в письме Поггендорфу, редактору Annalen der Physik und Chemie , о своих успехах. Он переходит к конструированию электродвигателя, которое завершает в мае 1834 года. Его двигатель поднимает вес от 10 до 12 фунтов со скоростью один фут в секунду, что эквивалентно примерно 15 ваттам механической мощности. В ноябре 1834 года он отправляет отчет в Академию наук в Париже и публикует подробные научные мемуары  весной 1835 года. Эта статья позже приносит ему звание почетного доктора факультета Кенигсбергского университета. Его текст разделен на 23 раздела и был расширен в 1837 году еще на 15 разделов. Якоби прямо заявил в меморандуме 1835 года, что он не был единственным изобретателем электромагнитного двигателя. Он указывает на приоритет изобретений Ботто и Даль Негро. Тем не менее, Якоби, несомненно, первым создал пригодный для использования вращающийся электродвигатель. Полнофункциональная копия его двигателя выставлена ​​в Институте электротехники (ETI) Технологического института Карлсруэ (KIT) на улице Энгельберт-Арнольд-Штрассе 5 (здание 11. 10) в Карлсруэ, Германия.	Первый настоящий электродвигатель Мориц Якоби, Кенигсберг, май 1834 г.
Октябрь 1834	Американка T. Edmundson строит электромагнитное вращающееся устройство, напоминающее водяное колесо.	Электромагнитное колесо Эдмундсона American Journal of Science, 1834, vol. 26, с. 205
1834-1835	В декабре 1833 года кузнец Томас Давенпорт (американец) покупает соленоид непосредственно у Джозефа Генри и начинает эксперименты вместе с Оранжевым Смолли (американец) в мастерской в ​​Форестдейле, штат Вермонт. В июле 1834 года двое мужчин создают свою первую роторную машину. Они улучшают устройство в несколько этапов, прежде чем впервые публично продемонстрировать его в декабре 1834 года. В следующем году Давенпорт расстается со Смолли. Летом 1835 года Давенпорт едет в Вашингтон, округ Колумбия, чтобы продемонстрировать свою машину перед патентным бюро и зарегистрировать ее. Однако из-за отсутствия денег ему приходится безуспешно возвращаться домой.	Первый двигатель Давенпорта из его первой патентной заявки в июне 1835 года
Август 1835	Фрэнсис  Уоткинс (британец) создает электрическую «игрушку», с помощью которой он может привести во вращение несколько магнитных стрелок. Он описывает аппарат в статье Philosophical Magazine . Он признается, что был вдохновлен электромагнитной машиной (генератором) Джозефа Сакстона, которая выставлена ​​в публичной галерее в Лондоне с августа 1833 года. 0003 Уоткинса можно считать одним из первых, кто понял принцип реверсирования двигателя и генератора.	Игрушка Уоткина, 1835 Philosophical Magazine , 1835, vol. 7, с. 112
1835	Sibrandus Stratingh  и Christopher Becker (голландский) построить небольшой (30 х 25 см) трехколесный автомобиль с электрическим приводом и весом около 3 кг. Он может проехать примерно 15-20 минут на столе, пока батарея не разрядится. Stratingh и Becker публикуют отчет о своих успехах в том же году. Стратинг знал работы Якоби и хотел построить настоящий электромобиль в 1840 году, что ему так и не удалось.	Электрическая модель автомобиля Стратинга и Беккера, 1835 г.

1836  1837	Давенпорт продолжает улучшать свои устройства. В 1836 году он находит нового партнера в Ransom 9. 0007 Cook и переезжает в Саратога-Спрингс, штат Нью-Йорк, для дальнейшего развития своих двигателей. С помощью Кука он строит модель для патентного бюро. 24 января 1837 года Давенпорт подает в Вашингтон свое предупреждение, а 5 февраля 1837 года он получает первый патент США на электродвигатель: « Усовершенствование тяговых машин с помощью магнетизма и электромагнетизма ». Его модель двигателя сейчас выставлена ​​в Смитсоновском институте в Вашингтоне, округ Колумбия. В запатентованной конструкции Давенпорта используются четыре вращающихся электромагнита, которые переключаются коммутатором, и фиксированные постоянные магниты кольцеобразной формы, изготовленные из мягкого железа. Усовершенствованный двигатель, который он представляет в августе 1837 года, имеет диаметр 6 дюймов, вращается со скоростью около 1000 оборотов в минуту и ​​может поднимать 200-фунтовый груз на один фут за одну минуту. Это соответствует мощности 4,5 Вт. В последующие годы Давенпорт постоянно улучшал свои конструкции. Вместе с Эдвином Уильямсом из Нью-Йорка и его партнером Рэнсомом Куком 3 марта 1837 года Давенпорт формирует совместную акционерную ассоциацию. Однако Уильямсу не удается продать достаточно акций, и всего год спустя все предприятие рушится. .	Запатентованный двигатель Давенпорта, февраль 1837 г.

Томас Давенпорт – Изобретатель электродвигателя?

В американо-американской литературе есть несколько полных пафоса текстов, прославляющих Томаса Дэвенпорта как изобретателя электродвигателя. Это утверждение основано на том неоспоримом факте, что Давенпорт был первым американцем, создавшим пригодный для использования электродвигатель, а также первым, кто получил патент на такое устройство в начале 1837 г.

Давенпорт, однако, был далеко не первым, кто построил электродвигатель. В Европе (особенно в Англии, Италии и Пруссии) техника была уже значительно развита. Уже летом 1834 года, за три года до патента, Мориц Якоби представил мотор, который был в три раза мощнее усовершенствованной машины, которую Давенпорт разработал через несколько месяцев после подачи заявки на патент. Кроме того, мотор Давенпорта работал быстрее, чем у Якоби. Таким образом, выходной крутящий момент двигателя Давенпорта, решающий фактор при сравнении электрических машин, составлял лишь одну десятую от конструкции Якоби, созданной тремя годами ранее.

В 1835 году, вскоре после двигателя Якоби, два голландца Стратинга и Беккера уже представили первое практическое применение, управляя небольшой электрической моделью автомобиля.

За годы, прошедшие после патента Дэвенпорта, прогресс Якоби почти не уменьшился. В то же время, когда Якоби осенью 1838 года продемонстрировал свою следующую машину, двигатель, который был способен иметь выходную мощность 300 Вт и мог вести лодку с 14 людьми через широкую реку, Давенпорт показал крошечную модель поезда.

Мотор Давенпорта ничем не примечателен в историческом контексте. Его конструкция не является существенным улучшением других современных конструкций.

За прошедшие годы Давенпорт произвел немало машин. Но в отличие от Вернера Сименса, Джорджа Вестингауза и Томаса Эдисона он не был основателем крупной компании. И в отличие, например, от Николы Теслы, Томас Дэвенпорт никогда не мог ни продать, ни лицензировать свой патент.

Давенпорт получил патент не на электродвигатель как таковой, а только на его особенности конструкции. В период с 1837 по 1866 год около 100 патентов на электрические двигатели были выданы другим изобретателям только в Англии. После того, как Давенпорт модернизировал свой мотор уже в 1837 году, его патент стал практически бесполезным.

Давенпорт имеет честь быть первым из тысяч инженеров, получивших патент на электродвигатель. Но он не является их изобретателем, и его конструкции не оказали существенного влияния на дальнейшее развитие электродвигателей.

Расписание 1838–1854: Мощные двигатели, новые приложения 

Февр. 1838	Уоткинс публикует обширную статью в Философском журнале , в которой он представляет свой двигатель.	Мотор Уоткина, февраль 1838 г. Философский журнал, 1838 г., том. 12, пл. 4
Август 1838	В августе 1838 года в Лондоне выставлена ​​крошечная модель поезда с одним из двигателей Давенпорта. Он движется со скоростью 3 мили в час.	Модель поезда Давенпорта, 1838 г. Фото предоставлено Отделом труда и промышленности Национального музея американской истории Смитсоновского института.
Сентябрь 1838	Якоби  переезжает в Санкт-Петербург в августе 1838 года по просьбе русского царя. Он был принят в Санкт-Петербургскую академию наук и щедро поддержан царем в его дальнейшей работе над электродвигателями. 13 сентября 1838 года Якоби впервые демонстрирует на Неве электролодку длиной около 8 м с гребными колесами. Цинковые батареи имели 320 пар пластин и весили 200 кг. Их размещают вдоль двух боковых стенок сосуда. Мощность двигателя составляет от 1/5 до 1/4 л.с. (300 Вт), катер движется со скоростью 2,5 км/ч по маршруту длиной 7,5 км. Он может перевозить более десятка пассажиров. Якоби целыми днями ездит по Неве. В современных газетных статьях говорится, что после двух-трех месяцев работы потребление цинка составило 24 фунта.	Усовершенствованный мотор Якоби, 1838 г.
1838	Чарльз Г. Страница (американец) всю жизнь занимается электродвигателями. В течение следующих 20 лет Пейдж проводит исследования, чтобы найти лучшие и более мощные машины. Его двигатели продавались по каталогу в США и достигли высокого уровня осведомленности общественности. В первые годы многие изобретатели электродвигателей имитировали паровые двигатели с колеблющимся (возвратно-поступательным) поршнем. Пейдж тоже строит такую ​​машину (см. справа), но потом переходит к вращающимся устройствам.	Первый двигатель Page, 1838 American Journal of Science , 1838, vol. 35, с. 264

Август 1839

8 августа Якоби  испытывает улучшенный электродвигатель с механическими характеристиками, в три-четыре раза превышающими его вторую машину 1838 года (около 1 кВт). Его лодка теперь достигает скорости 4 км/ч. Ключевым фактором его успеха является улучшенная цинково-платиновая батарея по словам Уильяма Роберта Гроува, которую он сделал сам. В октябре 1841 г. Якоби снова демонстрирует улучшенный двигатель, который, однако, лишь немного превосходит модель 1839 г. Это последний электродвигатель, когда-либо построенный Якоби. Теперь он обращается к теории электродвигателей, а затем переходит к другим электрическим явлениям.

В последующие годы начинается поток патентов на электромагнитные машины — около 100 только в Англии в период с 1837 по 1866 год. (англ., род. 1838), Урайа Кларк (род. 1840), Томас Райт (род. 1840), Уитстон (англ., род. 1841), де Гарлем (род. 1841), П. Элиас (американец, род. 1842), Г. Фромент (французский, род. 1844), Мозес Г. Фармер (американец, род. 1846), Г. К. Колтон (американец, род. 1847), Хьорт (род. 1849).), Томас Холл (американец, род. 1850), Т. К. Эйвери (род. 1851), Сёрен Хьорт (датчанин, род. 1851), Дю Монсель (француз, род. 1851), Мари Дэви (француз, род. 1855), Пачинотти (итальянец) , год рождения 1861)
и другие.

Изначально идет соревнование между колебательными (возвратно-поступательными) и роторными машинами. Позже колебательные машины полностью исчезают из поля зрения.

Фундаментальная проблема ранних электродвигателей заключается в том, что электрический ток от гальванических элементов (цинковых батарей) слишком дорог, чтобы конкурировать с паровыми двигателями. Р. Хант сообщил в 1850 г. в  British Philosophical Magazine  что электроэнергия даже в самых лучших условиях в 25 раз дороже паровой машины. Только с продолжающимся развитием электрического генератора (динамо) ситуация начинает меняться.

1840	18 января 1840 года выходит первый номер новой газеты Давенпорта, Electro Magnet and Mechanics Intelligencer . Печатный станок приводится в движение двумя его собственными двигателями. Моторы делают предположительно около 2 л.с., что составляет около 1,5 кВт.
1841-  1844	По инициативе Вагнера,  Германская Конфедерация под руководством Пруссии, Баварии и Австрии назначает в 1841 году премию в 100 000 гульденов за постройку электрической машины, мощность которой дешевле лошадиной, паровой или человеческой сила. Конечно, эта цена привлекает других изобретателей, которые параллельно с усилиями Вагнера начинают работать над электродвигателем. Среди них г-н Карл Людвиг Althans из Бюкебурга недалеко от Миндена, Emil Stöhrer из Лейпцига, Emil Groos из Карлсруэ и Peter Bauer из Нюрнберга. В частности, в 1843 году Штёрер проектирует замечательную машину. При исследовании последней вагнеровской машины в мае и июне 1844 года во Франкфурте-на-Майне федеральная комиссия определила мощность всего 50 Вт. Потребление цинка настолько велико, что лошадь, пар и рабочая сила значительно дешевле. Из-за этой неудачи с Вагнера удерживается цена, и он лишается благодати. Без мощного электрогенератора это соревнование было бы невозможно выиграть, а такого генератора человечеству пришлось ждать еще 25 лет.
1851	Страница  увеличивает мощность двигателей с 8 до 20 л.с. С двумя двигателями он управляет 10-тонным локомотивом с максимальной скоростью 30 км/ч. Он путешествует по маршруту из Вашингтона в Бладенбург в 19минут.
1854	Еще один 12-тонный локомотив Пейджа едет по маршруту из Балтимора в Огайо.

. .. подробнее во второй части.

200 лет назад Фарадей изобрел электродвигатель

В 1820 году датский физик
Ганс Кристиан Эрстед привел электромагнитную теорию в замешательство. Натурфилософы того времени считали электричество и магнетизм двумя разными явлениями, но Эрстед предположил, что поток электричества по проводу создает вокруг него магнитное поле. Французский физик 908:44 Андре-Мари Ампер видел демонстрацию эксперимента Эрстеда, в котором электрический ток отклонял магнитную стрелку, и затем он разработал математическую теорию, чтобы объяснить взаимосвязь.

английский ученый
Майкл Фарадей вскоре вступил в бой, когда Ричард Филлипс, редактор Annals of Philosophy, , попросил его написать исторический отчет об электромагнетизме, области, которой было всего около двух лет и которая явно находилась в состоянии постоянного изменения.

Фарадей был интересным выбором для этой задачи, как рассказывают Нэнси Форбс и Бэзил Махон в своей книге 2014 года.
Фарадей, Максвелл и электромагнитное поле . Родившийся в 1791 году, он получил лишь базовое образование в церковной школе в своей деревне Ньюингтон, графство Суррей (ныне часть Южного Лондона). В 14 лет он поступил в ученики к переплетчику. Он прочитал много книг, которые переплетал, и продолжал искать возможности узнать больше. По роковому повороту событий, как раз когда ученичество Фарадея подходило к концу в 1812 году, один из клиентов переплетчика предложил Фарадею билет на серию прощальных лекций Гемфри Дэви в Королевском институте Великобритании.

Дэви, всего на 13 лет старше Фарадея, уже сделал себе имя как химик. Он открыл натрий, калий и несколько соединений и изобрел
фонарь безопасности шахтера . Кроме того, он был харизматичным оратором. Фарадей сделал подробные записи лекций и отправил копию Дэви с просьбой о приеме на работу. Когда в Королевском институте открылась вакансия помощника по химии, Дэви нанял Фарадея.

..»> После того, как Фарадей [слева] не упомянул своего наставника Хамфри Дэви [справа] в статье 1821 года об электродвигателе, Дэви обвинил его в плагиате. СЛЕВА: ULLSTEIN BILD/GETTY IMAGES; СПРАВА: BETTMANN/GETTY IMAGES

Дэви был наставником Фарадея и научил его принципам химии. У Фарадея было ненасытное любопытство, и его репутация в Королевском институте росла. Но когда Филлипс попросил Фарадея написать обзорную статью для
Annals , он только баловался электромагнетизмом и был немного обескуражен математикой Ампера.

В глубине души Фарадей был экспериментатором, поэтому, чтобы написать подробный отчет, он воссоздал эксперименты Эрстеда и попытался следовать рассуждениям Ампера. Его «Исторический очерк электромагнетизма», опубликованный анонимно в
Annals , описывал состояние области, текущие вопросы исследований и экспериментальный аппарат, теоретические разработки и основных игроков. (Хорошее резюме статьи Фарадея см. в статье Аарона Д. Кобба «Исторический очерк электромагнетизма и теории зависимости от экспериментов» Аарона Д. Кобба, в декабрьском выпуске журнала Philosophy of Science за 2009 г.)

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

Фарадей наблюдал круговое вращение проволоки, когда она притягивалась и отталкивалась магнитными полюсами. «Очень удовлетворительно», — записал он в своей записной книжке.

3 сентября 1821 года Фарадей наблюдал круговое вращение проволоки, когда она притягивалась и отталкивалась магнитными полюсами. Он зарисовал в блокноте вращение по часовой стрелке вокруг южного полюса магнита и обратное — вокруг северного полюса. «Очень удовлетворительно, — писал он в
его запись о дне эксперимента, «но сделать более толковый аппарат».

На следующий день он понял это правильно. Он взял глубокий стеклянный сосуд, закрепил в нем вертикально магнит с помощью воска, а затем наполнил сосуд ртутью, пока магнитный полюс не оказался прямо над поверхностью. Он окунул в ртуть жесткую проволоку и подключил аппарат к батарее. Когда ток проходил через цепь, он создавал вокруг провода круговое магнитное поле. Когда ток в проводе взаимодействовал с постоянным магнитом, закрепленным на дне тарелки, провод вращался по часовой стрелке. С другой стороны аппарата закрепляли проволоку и позволяли магниту свободно двигаться, что он и делал по кругу вокруг проволоки.

Полезную анимацию аппарата Фарадея см.
этот учебник создан Национальной лабораторией сильного магнитного поля. И если вы хотите построить свой собственный двигатель Фарадея, это видео поможет вам сделать это:

Несмотря на то, что устройство Фарадея было прекрасным доказательством концепции, оно было не совсем полезным, разве что в качестве салонного трюка. Вскоре люди стали раскупать карманные моторы в качестве новинок. Хотя оригинального двигателя Фарадея больше не существует,
тот что он построил в следующем году делает; он находится в коллекции Королевского института и изображен вверху. Это простое на вид приспособление — самый ранний образец электродвигателя, первое устройство, превращающее электрическую энергию в механическое движение.

Последствия изобретения Фарадея

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

В течение недели после публикации Хамфри Дэви нанес своему подопечному сокрушительный удар, обвинив Фарадея в плагиате.

У Дэви было общеизвестно чувствительное эго. Он также был расстроен тем, что Фарадей не смог должным образом поверить своему другу.
Уильям Хайд Волластон , более года изучавший проблему вращательного движения с токами и магнитами. Фарадей упоминает в своей статье обоих мужчин, а также Ампера, Эрстеда и некоторых других. Но он никого не считает соавтором, влиятельным лицом или сопервооткрывателем. Фарадей не работал непосредственно с Дэви и Волластоном над их экспериментами, но он подслушал разговор между ними и понял направление их работы. Кроме того, было (и остается) обычной практикой указывать имя вашего консультанта в ранних публикациях.

Когда репутация Фарадея начала затмевать репутацию его наставника, Фарадей сделал несколько ошибок, ориентируясь в беспощадном и чувствительном ко времени мире академических публикаций.

Фарадей боролся за то, чтобы очистить свое имя от обвинения в плагиате, и в основном ему это удалось, хотя его отношения с Дэви оставались натянутыми. Когда Фарадей был избран членом Королевского общества в 1824 году, единственный голос против был подан президентом общества Гемфри Дэви.

Фарадей избегал работы в области электромагнетизма в течение следующих нескольких лет. Был ли это его собственный выбор или выбор, навязанный ему тем, что Дэви возложил на него трудоемкие обязанности в Королевском институте, остается открытым.

Одним из заданий Фарадея было спасти финансы Королевского института, что он и сделал, оживив серию лекций и представив популярную рождественскую лекцию. Затем, в 1825 году, Королевское общество попросило его возглавить Комитет по улучшению стекла для оптических целей, попытку возродить британскую стекольную промышленность, которая уступила позиции французским и немецким производителям линз. Это была утомительная бюрократическая работа, которую Фарадей выполнял как патриотический долг, но тяжелая работа и неустанные неудачи наносили моральный ущерб.

Эксперименты Фарадея 1831 года привели к созданию трансформатора и динамо-машины

В 1831 году, через два года после смерти Дэви и после завершения работы Фарадея в комитете по стеклу, он вернулся к экспериментам с электричеством посредством акустики. Он объединился с
Чарльз Уитстон для изучения звуковых колебаний. Фарадея особенно интересовало, как можно увидеть звуковые колебания, когда смычок скрипки тянут по металлической пластине, слегка покрытой песком, создавая отчетливые узоры, известные как фигуры Хладни. В этом видео показано явление в действии:

Резонансный эксперимент! (Полная версия — со звуками) www.youtube.com

Фарадей изучал нелинейные стоячие волны, образующиеся на поверхности жидкости, которые теперь известны как волны Фарадея или рябь Фарадея. Он опубликовал свое исследование,
«Об особом классе акустических фигур и о некоторых формах, принимаемых группами частиц на вибрирующих упругих поверхностях», в Королевском обществе Philosophical Transactions .

Все еще убежденный в том, что электричество каким-то образом вибрирует, Фарадей задался вопросом, может ли электрический ток, проходящий через проводник, индуцировать ток в соседнем проводнике. Это привело его к одному из его самых известных изобретений и экспериментов:
индукционное кольцо . 29 августа 1831 года Фарадей подробно описал в своей записной книжке свой эксперимент со специально приготовленным железным кольцом. Он обернул одну сторону кольца тремя отрезками изолированного медного провода, каждый длиной около 24 футов (7 метров). С другой стороны он обмотал около 60 футов (18 метров) изолированного медного провода. (Хотя он описывает только собранное кольцо, ему, вероятно, понадобилось много дней, чтобы намотать проволоку. Современные экспериментаторы, создавшие копию, потратили на это 10 дней.) Затем он начал заряжать одну сторону кольца и наблюдать за воздействием на магнитное поле. игла на небольшом расстоянии. К его удовольствию, он смог индуцировать электрический ток от одного набора проводов к другому, создав таким образом первый электрический трансформатор.

Фарадей продолжал экспериментировать до осени 1831 года, на этот раз с постоянным магнитом. Он обнаружил, что может производить постоянный ток, вращая медный диск между двумя полюсами постоянного магнита. Это была первая динамо-машина и прямой предок действительно полезных электродвигателей.

Через двести лет после открытия электродвигателя Майкла Фарадея по праву помнят за все его работы в области электромагнетизма, а также за его навыки химика, лектора и экспериментатора. Но сложные отношения Фарадея с Дэви также говорят о проблемах наставничества (и наставничества), публикации и наличия (или отсутствия) личных обид. Иногда говорят, что Фарадей был величайшим открытием Дэви, что немного несправедливо по отношению к Дэви, достойному ученому сам по себе. Когда репутация Фарадея начала затмевать репутацию его наставника, Фарадей сделал несколько ошибок, ориентируясь в беспощадном и чувствительном ко времени мире академических публикаций. Но он продолжал делать свою работу — и делал ее хорошо, — внося прочный вклад в Королевский институт. Спустя десятилетие после своего первого прорыва в электромагнетизме он превзошел самого себя еще одним. Неплохо для самоучки с шаткими познаниями в математике.

Часть продолжающейся серии Рассматривание фотографий исторических артефактов, раскрывающих безграничный потенциал технологий.

Сокращенная версия этой статьи опубликована в сентябрьском печатном выпуске 2021 года под названием «Электродвигателю 200 лет».

Электродвигатель — Технический центр Эдисона

Электрический двигатель был впервые разработан в 1830-х годах, через 30 лет после
первая батарея. Интересно, что мотор был разработан до первого
динамо или генератор.

Провода двигателя
к генератору:
После
слабые электродвигатели были разработаны Фарадеем и Генри, еще одним
пионер по имени Ипполит Пикси понял, что, запустив
мотор назад он мог создавать импульсы электричества. К 1860-м годам
разрабатывались мощные генераторы. Электротехническая промышленность не могла начаться, пока
генераторы были разработаны, потому что батареи не были экономичным способом питания
потребности общества. Читать о генераторы
и динамо тут >

Выше: универсальный двигатель, обычно используемый в большинстве электроинструментов. Он имеет тяжелый плотный ротор.	Выше: асинхронный двигатель может иметь «беличью клетку» или полый вращающийся катушка или тяжелая арматура.

2.a) Детали электродвигателя:

Существует много видов электродвигателей, но в целом они имеют схожие детали. Каждый мотор
имеет статор , который может быть постоянным магнитом (как показано в «универсальном двигателе» выше) или намотанным изолированным проводом.
(электромагнит как на фото вверху-справа). Ротор находится посередине (большую часть времени) и подлежит
к магнитному полю
создается статором. Ротор вращается, поскольку его полюса притягиваются и отталкиваются полюсами статора. Смотрите наши
видео ниже, показывающее, как это работает. В этом видео рассказывается о бесщеточном двигателе постоянного тока, в котором ротор находится снаружи, в других двигателях.
тот же принцип работает наоборот, с электромагнитами снаружи. Видео (1 минута):

Мощность двигателя:

Сила двигателя (крутящий момент) определяется напряжением и
длина провода в электромагните в статоре,
чем длиннее провод (что означает больше катушек в статоре), тем сильнее магнитное поле. Это означает большую мощность для
повернуть ротор. Посмотрите наше видео, которое относится как к генераторам, так и к двигателям.
Узнать больше.

Арматура
— вращающаяся часть двигателя — раньше ее называли ротором, она
поддерживает вращающиеся медные катушки. На фото ниже вы не видите
катушки, потому что они плотно заправлены в якорь. Гладкий
корпус защищает катушки от повреждений.

Статор
— Корпус и катушки, составляющие внешнюю часть двигателя.
статор создает стационарное магнитное поле.

Выше:
в этом статоре отчетливо видны четыре отдельные катушки (якорь был
удален)

Обмотка или
«Катушка» — медные провода, намотанные на сердечник, используемые для создания
или получать электромагнитную энергию.

Проволока, используемая в
обмотки ДОЛЖНЫ быть изолированы. На некоторых фотографиях вы увидите, как выглядит
как оголенные обмотки медного провода, это не так, это просто эмалированная
с прозрачным покрытием.

Медь
Самый распространенный материал для обмоток. Алюминий также используется
но должен быть толще, чтобы нести те же электрические
загружайте безопасно. Медные обмотки позволяют использовать двигатель меньшего размера. Подробнее о меди >

Сгорел мотор, поиск неисправности:

Если двигатель работает слишком долго или с чрезмерной
нагрузки, он может «сгореть». Это означает, что высокая температура вызвала
изоляция обмотки разрушается или расплавляется, обмотки замыкаются
когда они соприкасаются и двигатель повреждается. Вы также можете сжечь двигатель, подав на него большее напряжение, чем
Обмоточные провода рассчитаны на. В этом случае провод расплавится в самом слабом месте, разорвав соединение. Вы можете
проверьте двигатель, чтобы увидеть, не сгорел ли он таким образом, проверяя Ом (сопротивление) на мультиметре.
В общем, вы хотите искать черные метки в обмотках, когда проверяете двигатель.

Беличья клетка — вторая катушка в асинхронном двигателе, см. ниже
посмотреть, как это работает
Индукция — генерация электродвижущей силы в замкнутом
цепь переменным магнитным потоком через цепь. В сети переменного тока
уровень мощности повышается и понижается, это заряжает обмотку на
момент, создающий магнитное поле. Когда мощность падает в цикле
магнитное поле не может поддерживаться, и он разрушается. Это действие
передает мощность через магнетизм в другую обмотку или катушку. УЧИТЬСЯ
БОЛЬШЕ об индукции здесь.

3.) Типы электродвигателей переменного тока

3.а) Индукция
Двигатель
3.b) Универсальный двигатель (может использовать постоянный или переменный ток)
3.c) Синхронные двигатели
3.d) Электродвигатели с экранированными полюсами

Это мощный
двигатель, который можно использовать с
как переменного, так и постоянного тока.

Преимущества :
— Высокий пусковой крутящий момент и небольшой размер
бытовой электроинструмент)
-Может работать на высоких скоростях (отлично подходит для стиральных машин и электродрелей)

Недостатки:
— Щетки со временем изнашиваются

Применение:
бытовая техника, ручной электроинструмент

См.
видео ниже:

Этот двигатель
аналогичен асинхронному двигателю, за исключением того, что он движется с частотой сети.

Мотор Сельсин
был разработан в 1925 году и сейчас известен как Synchro. Узнать больше о
их здесь.

Преимущества: Обеспечивает постоянную скорость, которая определяется
количество полюсов и частота питающей сети переменного тока.
Недостатки: Не может работать с переменным крутящим моментом, этот двигатель
останавливаться или «вытягиваться» при заданном крутящем моменте.
Использование: часы
использует синхронные двигатели для обеспечения точной скорости вращения для
Руки. это аналог мотора и пока скорость точная,
шаговый двигатель был бы лучше для работы с компьютерами, так как он
работает на жестких «шагах» разворота.

Преимущества: достигает высокого уровня крутящего момента после того, как ротор
начал быстро вращаться.
Используется в вентиляторах, приборах

Недостатки: медленный запуск, низкий пусковой момент. Используется в вентиляторах,
обратите внимание на медленный старт вентиляторов.
Этот двигатель также используется в сливах стиральных машин, консервных ножах и
прочая бытовая техника.
Другие типы двигателей лучше подходят для более мощных потребностей выше 125
Вт.

См.
видео ниже:

4.) Двигатели постоянного тока (DC):

Двигатели постоянного тока были первым типом электродвигателей. Обычно они составляют 75-80%.
эффективный. Они хорошо работают на переменных скоростях и имеют большой крутящий момент.

4.a) Общая информация
4.b) Коллекторные двигатели постоянного тока
4.b.1) Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением
4.b.2) Двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением
4.b.3) Двигатели блинчатого типа
4.b.4) Двигатель постоянного тока с постоянными магнитами
4.b.5 ) Отдельное возбуждение (Sepex)
4.c) Бесщеточные двигатели постоянного тока
4.c.1) Шаговый двигатель
4.c.2) Электродвигатели постоянного тока без сердечника/без железа

Матовый
Двигатели постоянного тока:

Первый двигатель постоянного тока
двигатели использовали щетки для передачи тока на другую сторону двигателя.
Щетка названа так, потому что сначала она напоминала форму метлы.
Маленькие металлические волокна терлись о вращающуюся часть двигателя.
поддерживать постоянный контакт. Проблема с кистями в том, что они изнашиваются.
вышел со временем из-за механики. Щетки будут создавать искры
из-за трения. В парках часто расплавлялась изоляция и вызывали шорты
в якоре и даже расплавил коллектор.

Первые моторы
использовались на трамваях.

Использует разделение
кольцевой коллектор со щетками.
Преимущества:
-Используется во множестве приложений, легко регулируется скорость с помощью уровня
напряжения для управления.
— Имеет высокий пусковой момент (мощный пуск)
Ограничения: щетки создают трение и искрение, это может привести к перегреву двигателя
устройство и расплавить/сжечь щетки, поэтому максимальная скорость вращения
ограничено. Искры также вызывают радиочастоту. вмешательство. (РФИ)

Есть
пять типов двигателей постоянного тока со щетками:
Двигатель постоянного тока с шунтирующим возбуждением
Двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением
Составной двигатель постоянного тока — совокупный составной и дифференциально-составной двигатель
Двигатель постоянного тока с постоянными магнитами
С независимым возбуждением
Мотор-блинчик

Бесщеточный
Двигатели постоянного тока:

Щетка
заменен внешним электрическим выключателем, синхронизированным с
положение двигателя (при необходимости он изменит полярность, чтобы сохранить
вал двигателя вращается в одном направлении)
— Более эффективен, чем щеточные двигатели.
— Используется, когда необходимо точное регулирование скорости (например, в дисководах, ленточных накопителях).
машины, электромобили и т. д.)
— Долгий срок службы, так как работает при более низкой температуре и нет щеток
изнашиваться.

Типы
бесщеточные двигатели постоянного тока:
Шаговый двигатель
Двигатели постоянного тока без сердечника / без сердечника

4.b) ЩЕТЧАТЫЙ
ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА:

4.b.1) DC
Двигатель с параллельной обмоткой

Шунт постоянного тока
двигатель подключен так, что катушка возбуждения подключена параллельно
арматура. Обе обмотки получают одинаковое напряжение. Катушка шунтирующего поля
намотан множеством витков тонкой проволоки для создания высокого сопротивления. Этот
гарантирует, что катушка возбуждения будет потреблять меньше тока, чем якорь
(ротор).

Арматура
(видно выше, это длинная толстая цилиндрическая вращающаяся часть) имеет толстую
медные провода, это так, что большой ток может проходить через него к
завести мотор.

В качестве арматуры
витков (см. фото ниже) ток ограничивается противоэлектродвижущей
сила.

Сила
катушки шунтирующего поля определяет скорость и крутящий момент двигателя.

Преимущества:
Шунтирующий двигатель постоянного тока регулирует собственную скорость. Это означает, что если загрузить
добавляется, якорь замедляется, CEMF уменьшается, что приводит к тому, что якорь
ток увеличивается. Это приводит к увеличению крутящего момента, что помогает
переместить тяжелый груз. При снятии нагрузки якорь ускоряется,
CEMF увеличивается, что ограничивает ток, а крутящий момент уменьшается.

Конвейер
Пример ремня : Представьте, что конвейер движется с заданной скоростью, затем
на пояс попадает тяжелая коробка. Этот тип двигателя будет поддерживать движение ленты.
с постоянной скоростью независимо от того, сколько коробок движется по ленте.

См.
видео ниже о шунтирующем двигателе постоянного тока в действии!:

4.b.2) постоянный ток
двигатель с последовательным возбуждением

Двигатель с обмоткой серии представляет собой двигатель постоянного тока с самовозбуждением. Обмотка возбуждения подключена
внутри последовательно с обмоткой ротора. Таким образом, обмотка возбуждения в статоре подвергается воздействию
к полному току, генерируемому обмоткой ротора.

Этот тип двигателя похож на двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой, за исключением того, что
обмотки возбуждения сделаны из более толстого провода, поэтому они могут выдерживать более высокие токи.

Использование: Этот тип двигателя используется в промышленности в качестве пускового двигателя из-за большого крутящего момента.

Узнайте больше о двигателе с последовательным возбуждением:
Статья 1

Статья 2

4.b.3) Блин
Двигатель постоянного тока (также известный как двигатель с печатным якорем)

Блин
двигатель — безжелезный двигатель. Большинство двигателей имеют медную обмотку вокруг
железное ядро.

Демонстрация видео
Примеры блинных моторов:

Преимущества:
Точное регулирование скорости, плоский профиль, не имеет зазубрин, вызываемых
железом в электромагните

Недостатки:
плоская форма подходит не для всех применений

Имеет обмотку
в форме плоского диска из эпоксидной смолы между двумя магнитами с высоким магнитным потоком. это полностью
без железа, что делает большую эффективность. Используется в сервоприводах, был первым
разработан как моторы стеклоочистителя и видеоиндустрии, так как он
был очень плоским в профиле и имел хороший контроль скорости. Компьютеры и видео/аудио
запись всей используемой магнитной ленты, точный и быстрый контроль скорости был
нужен был поэтому блинный мотор для этого и разрабатывался. Сегодня он используется
во множестве других приложений, включая робототехнику и сервосистемы.

4.b.4) Составной двигатель постоянного тока (кумулятивный и дифференциально-составной)

Это еще один двигатель с самовозбуждением как с последовательными, так и с шунтирующими катушками возбуждения.
Он имеет эффективную регулировку скорости и приличный пусковой момент.

Узнайте больше об этом типе двигателя здесь.

4.b.5) Двигатель постоянного тока с постоянными магнитами

Этот тип двигателя хорошо работает на высоких скоростях и может быть очень компактным.

Применение: компрессоры, другое промышленное оборудование.

Узнайте больше об этом типе двигателя здесь.

4.b.6) Отдельно
возбужденный (сепекс)

SepEx имеет обмотку возбуждения, которая питается отдельно от якоря с помощью прямого
текущий сигнал. Полевой магнит также имеет собственный источник постоянного тока. В результате вы увидите это
тип двигателя имеет четыре провода — 2 для возбуждения и 2 для якоря.

Этот двигатель представляет собой коллекторный двигатель постоянного тока.
который имеет более широкие кривые крутящего момента, чем двигатель постоянного тока с последовательной обмоткой.

Узнайте больше об этом типе двигателя здесь.

4.c) Бесщеточные двигатели постоянного тока:

4.c.1 ) Степпер
Двигатель

Шаговый двигатель
двигатель представляет собой тип бесщеточного двигателя, который перемещает центральный вал на один
часть оборота за раз. Это делается с помощью зубчатых электромагнитов.
вокруг централизованного железяка в форме шестеренки. Есть много видов
шаговых двигателей. Они используются в системах, которые перемещают объекты в точное
положение, как 9Сканер 0973, дисковод и промышленная лазерная резка
устройства .

См.
видео шагового двигателя в действии ниже:

4.c.2) Без сердечника
/ Безжелезные двигатели постоянного тока

Обмоточная медь
или алюминиевый сердечник вращается вокруг магнита без использования железа. Этот
делается путем создания формы цилиндра.
Преимущество: легкий и быстрый запуск вращения (используется в компьютерных
жесткие диски)
Недостаток: легко перегревается, так как железо обычно действует как
теплоотвод, для охлаждения нужен вентилятор.

Узнайте больше об этом типе двигателя здесь.

.

Электромобиль своими руками

Похожие темы:

История изобретения электродвигателя

Вы когда-нибудь пытались сосчитать, сколько вещей вокруг вас имеют в основе электродвигатель ? 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 переполнено благодарностью за изобретателя и вы хотите перелистать страницы прошлого, чтобы узнать как изобрели электродвигатель , читайте дальше…

Как и многие другие творения, это также было результатом многих блестящих и пытливых умов. Основа изобретения электродвигателя 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.

  Первый электродвигатель 9Известно, что 0010 был простым электростатическим двигателем, созданным Эндрю Гордоном в 1740-х . Позднее, 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.

Удивительно наблюдать, как обычные двигатели превратились в современные мощные двигатели с приводом от лошадиных сил. Большинство из нас сказали бы, что мы не видим это чудо-изобретение каждый день, как мы видим другие изобретения вокруг нас. Подумайте еще раз! Это недооцененное изобретение является частью большинства электрических устройств, которые мы используем сегодня.

Рубрики: Истории изобретений
С тегами: электродвигатель, изобретение
 

ИСТОРИЯ ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ: 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 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 «практического» 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 технология двигателей — 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 по обслуживанию двигателей в Соединенных Штатах для предотвращения повреждений, вызванных трением между компонентами, он также облегчал поток электромагнитного потока в машинах постоянного тока, еще больше повышая их эффективность.

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

Износ продолжает 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 на световые годы опережают старые троллейные двигатели 19 века, 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.

Покомпонентное изображение 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 успешно интегрировал платформу PCB Stator в электромобили, 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 (изображение двигателя Sprague)
[6] https://www.hemmings.com/stories/2020/01/31/why-thomas- и-emily-davenport-shouldnt-get-credit-for-inventing-the-electric-car (Davenport motor image)

Электродвигатель,Изобретатели электродвигателей | edubilla.com

Электродвигатель — это электрическая машина, преобразующая электрическую энергию в механическую. Обратное этому преобразование механической энергии в электрическую и осуществляется электрическим генератором.

В нормальном автомобильном режиме большинство электродвигателей работают за счет взаимодействия между магнитным полем электродвигателя и токами обмотки, создавая силу внутри двигателя. В некоторых приложениях, например, в транспортной отрасли с тяговыми двигателями, электродвигатели могут работать как в двигательном, так и в генераторном или тормозном режимах, чтобы также производить электрическую энергию из механической энергии.

Используемые в самых различных областях применения, таких как промышленные вентиляторы, воздуходувки и насосы, станки, бытовая техника, электроинструменты и дисковые накопители, электродвигатели могут питаться от источников постоянного тока (DC), таких как батареи, автомобили или выпрямители. или от источников переменного тока (AC), таких как электросеть, инверторы или генераторы. Маленькие двигатели можно найти в электрических часах. Двигатели общего назначения со строго стандартизированными размерами и характеристиками обеспечивают удобную механическую мощность для промышленного использования. Самые большие электродвигатели используются для приведения судов в движение, сжатия трубопроводов и гидроаккумулирующих установок с номинальной мощностью до 100 мегаватт. Электродвигатели можно классифицировать по типу источника электроэнергии, внутренней конструкции, применению, типу выходного движения и т. д.

Электродвигатели используются для создания линейной или вращательной силы (крутящего момента), и их следует отличать от таких устройств, как магнитные соленоиды и громкоговорители, которые преобразуют электричество в движение, но не генерируют полезную механическую мощность, которые соответственно называются исполнительными механизмами и преобразователями .

Ранние двигатели

Возможно, первыми электродвигателями были простые электростатические устройства, созданные шотландским монахом Эндрю Гордоном в 1740-х годах. Теоретический принцип создания механической силы при взаимодействии электрического тока и магнитного поля, закон силы Ампера, был открыт позже Андре-Мари Ампером в 1820 году. Преобразование электрической энергии в механическую с помощью электромагнитных средств было продемонстрировано британским ученым Майклом Фарадеем в 1821 году. магнит (ПМ). Когда по проводу пропускали ток, провод вращался вокруг магнита, показывая, что ток порождал близкое круговое магнитное поле вокруг провода. Этот двигатель часто демонстрируется в физических экспериментах, заменяющих токсичную ртуть рассолом. Хотя колесо Барлоу было ранним усовершенствованием этой демонстрации Фарадея, эти и подобные униполярные двигатели оставались непригодными для практического применения до конца века.

В 1827 году венгерский физик Аниос Едлик начал эксперименты с электромагнитными катушками. После того, как Джедлик решил технические проблемы непрерывного вращения с изобретением коммутатора, он назвал свои ранние устройства «электромагнитными роторами». Хотя они использовались только в учебных целях, в 1828 году Джедлик продемонстрировал первое устройство, содержащее три основных компонента практических двигателей постоянного тока: статор, ротор и коммутатор. В устройстве не использовались постоянные магниты, поскольку магнитные поля как неподвижных, так и вращающихся компонентов создавались исключительно токами, протекающими через их обмотки.

После многих других более или менее успешных попыток с относительно слабыми вращающимися и возвратно-поступательными устройствами немецкоязычный пруссак Мориц фон Якоби в мае 1834 года создал первый настоящий вращающийся электродвигатель, который действительно развивал замечательную механическую выходную мощность. Его мотор установил мировой рекорд, который был улучшен всего четыре года спустя, в сентябре 1838 года, самим Якоби. Его второй мотор был достаточно мощным, чтобы перевезти лодку с 14 людьми через широкую реку. Только в 1839 г./40, что другим разработчикам по всему миру удалось построить двигатели с аналогичными, а затем и с более высокими характеристиками.

Первый коллекторный электродвигатель постоянного тока, способный вращать механизмы, был изобретен британским ученым Уильямом Стердженом в 1832 году. Вслед за работой Стерджена американский изобретатель Томас построил электродвигатель постоянного тока коллекторного типа для коммерческого использования. Давенпорта, который он запатентовал в 1837 году. Двигатели работали со скоростью до 600 оборотов в минуту и ​​приводили в действие станки и печатный станок. Из-за высокой стоимости основного питания двигатели не имели коммерческого успеха, и Давенпорт обанкротился. Несколько изобретателей последовали за Стердженом в разработке двигателей постоянного тока, но все столкнулись с одними и теми же проблемами стоимости энергии батареи. В то время не было развито распределение электроэнергии. Как и в случае с двигателем Стерджена, для этих двигателей не существовало практического коммерческого рынка.

В 1855 году Джедлик построил устройство, основанное на тех же принципах, что и в его электромагнитных роторах, способное выполнять полезную работу. В том же году он построил модель электромобиля.

Первые коммерчески успешные двигатели постоянного тока последовали за изобретением Зеноба Грамма, который в 1871 году разработал динамо-машину с анкерным кольцом, решившую проблему пульсирующего постоянного тока с двойной Т-образной якорем. В 1873 году Грамм обнаружил, что эту динамо-машину можно использовать в качестве двигателя, что он с большим успехом продемонстрировал на выставках в Вене и Филадельфии, соединив два таких двигателя постоянного тока на расстоянии до 2 км друг от друга, один в качестве генератора. .

В 1886 году Фрэнк Джулиан Спраг изобрел первый практичный двигатель постоянного тока, искробезопасный двигатель, который поддерживал относительно постоянную скорость при переменных нагрузках. Другие электрические изобретения Спрага примерно в это время значительно улучшили распределение электроэнергии в сети (предыдущая работа, проделанная во время работы Томаса Эдисона), позволили возвращать мощность от электродвигателей в электрическую сеть, обеспечили распределение электроэнергии на троллейбусы через воздушные провода и опору троллейбуса. и предоставил системы управления для электрических операций. Это позволило Спрагу использовать электродвигатели для изобретения первой системы электрических тележек в 1887–1888 гг. в Ричмонде, штат Вирджиния, электрического лифта и системы управления в 189 г.2, и электрическое метро с автомобилями с центральным управлением и автономным питанием, которые были впервые установлены в 1892 году в Чикаго надземной железной дорогой Южной стороны, где они стали широко известны как «L». Двигатель Спрага и связанные с ним изобретения привели к взрывному росту интереса к электродвигателям для промышленности и их использованию, в то время как почти одновременно другой великий изобретатель разрабатывал своего основного конкурента, который получил гораздо более широкое распространение. Разработка электродвигателей с приемлемой эффективностью была отложена на несколько десятилетий из-за неспособности признать чрезвычайно важное значение относительно небольшого воздушного зазора между ротором и статором. Эффективные конструкции имеют сравнительно небольшой воздушный зазор. Двигатель Сент-Луиса, долгое время используемый в классах для иллюстрации принципов работы двигателя, крайне неэффективен по той же причине, а также не похож на современный двигатель.

Применение электродвигателей произвело революцию в промышленности. Промышленные процессы больше не ограничивались передачей энергии с помощью линейных валов, ремней, сжатого воздуха или гидравлического давления. Вместо этого каждая машина может быть оснащена собственным электродвигателем, что обеспечивает простоту управления в месте использования и повышает эффективность передачи мощности. Электродвигатели, применяемые в сельском хозяйстве, устранили силу мышц человека и животных в таких задачах, как обработка зерна или перекачка воды. Использование электродвигателей в быту сократило объем тяжелого домашнего труда и сделало возможным более высокие стандарты удобства, комфорта и безопасности. Сегодня на электродвигатели приходится более половины потребления электроэнергии в США.

В 1824 году французский физик Франсуа Араго сформулировал существование вращающихся магнитных полей, названных вращением Араго, которые, включая и выключая вручную переключатели, Вальтер Бейли продемонстрировал в 1879 году как фактически первый примитивный асинхронный двигатель. многие изобретатели пытались разработать работающие двигатели переменного тока, потому что преимущества переменного тока в передаче высокого напряжения на большие расстояния уравновешивались невозможностью работы двигателей на переменном токе. Практические вращающиеся асинхронные двигатели переменного тока были независимо изобретены Галилео Феррарисом и Николой Теслой, рабочая модель двигателя была продемонстрирована первым в 1885 году, а вторым в 1887 году. В 1888 году Королевская академия наук Турина опубликовала исследование Феррариса с подробным описанием основ. работы двигателя, но при этом заключая, что «устройство, основанное на этом принципе, не может иметь коммерческого значения в качестве двигателя». В 1888 году Тесла представил в AIEE свою статью «Новая система двигателей и трансформаторов переменного тока», в которой описывались три типы фазных четырехполюсных статорных двигателей: один с четырехполюсным ротором, образующим несамозапускающийся реактивный двигатель, другой с фазным ротором, образующим самозапускающийся асинхронный двигатель, а третий — настоящий синхронный двигатель с независимым возбуждением постоянного тока. питание обмотки ротора. Однако в одном из патентов, поданных Теслой в 1887 году, также описывается асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Джордж Вестингауз быстро купил патенты Теслы, нанял Теслу для их разработки и поручил К. Ф. Скотту помочь Тесле, Тесла ушел, чтобы заняться другими делами в 1889 году.Было обнаружено, что асинхронный двигатель переменного тока с постоянной скоростью не подходит для уличных автомобилей, но инженеры Westinghouse успешно адаптировали его для питания горнодобывающей промышленности в Теллурайде, штат Колорадо, в 1891 году. трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором в 1889 году и трансформатор с тремя ветвями в 1890 году. Этот тип двигателя сейчас используется в подавляющем большинстве коммерческих приложений. Однако он утверждал, что двигатель Теслы непрактичен из-за двухфазных пульсаций. , что побудило его настойчиво продолжать свою трехфазную работу. Хотя Вестингауз создал свой первый практический асинхронный двигатель в 1892 и разработал линейку многофазных асинхронных двигателей на 60 Гц в 1893 году.