dastlabki elektr motorlar
Faradayning elektromagnit tajribalari, 1821 Birinchi elektr motorlar 1740-yillarda Shotlandiya rohib Endryu Gordon va amerikalik eksperimentator Benjamin Franklin tajribalarida tasvirlangan oddiy elektrostatik qurilmalar edi. Uning orqasida turgan nazariy tamoyil, Kulon qonuni 1771 yilda Genri Kavendish tomonidan kashf etilgan, ammo hali nashr etilmagan. Qonun 1785 yilda Charlz-Augustin de Kulon tomonidan mustaqil ravishda kashf etilgan, u uni nashr etgan va hozirda uning nomi bilan mashhur. [4] 1799 yilda Alessandro Volta tomonidan ixtiro qilingan elektrokimyoviy element [5] uzluksiz tok hosil qilish imkonini berdi. 1820 yilda Xans Kristianrsted tomonidan elektromagnit o'zaro ta'sir deb nomlanuvchi oqimlar va magnit maydonlar o'rtasidagi ushbu o'zaro ta'sir kashf etilgandan so'ng, tez orada katta yutuqlarga erishildi. Elektromagnit o'zaro ta'sirning birinchi formulasini ishlab chiqish va elektr toki va magnit maydonning o'zaro ta'sirini tavsiflovchi Amperning kuch qonunini taklif qilish uchun Andre-Mari Amperga bir necha hafta kerak bo'ldi. mexanik kuch. 1821 yilda Maykl Faraday birinchi marta aylanish harakatining ta'sirini ko'rsatdi. Erkin osilgan sim simob hammomiga botirilib, u erda doimiy magnit (PM) qo'yilgan. Oqim sim orqali o'tkazilganda, sim magnit atrofida aylanadi, bu oqim sim atrofida qattiq dumaloq magnit maydon hosil qilishini ko'rsatadi. [7] Bunday motorlar odatda fizik tajribalarda ko'rsatiladi, ular (toksik) simob o'rniga sho'r suvni almashtiradilar. Barlou g'ildiraklari Faraday namoyishining dastlabki yaxshilanishi edi, garchi bu va shunga o'xshash gomopolyar motorlar asr oxirigacha amaliy foydalanish uchun mos emas edi.
Jedlik tomonidan "Elektromagnit o'z-o'zidan rotor", 1827 (Amaliy san'at muzeyi, Budapesht). Tarixiy motorlar bugungi kunda ham yaxshi ishlaydi.
Jeyms Joul 1842 yilda Glazgodagi Hunterlar muzeyida Kelvinga elektr motorini ko'rsatmoqda
1827 yilda venger fizigi nyos Jedlik elektromagnit bobinlar bilan tajriba o'tkaza boshladi. Jedlik kommutator ixtirosi bilan uzluksiz aylanishning texnik muammosini hal qilgandan so'ng, u o'zining dastlabki qurilmasini "elektromagnit o'z-o'zidan rotor" deb atadi. Ular faqat o'qitish uchun ishlatilgan bo'lsa-da, 1828 yilda Jedrik amaliy DC motorining uchta asosiy komponentini o'z ichiga olgan birinchi qurilmani namoyish etdi: stator, rotor va kommutator. Qurilma doimiy magnitlardan foydalanmaydi, chunki statsionar va aylanadigan komponentlarning magnit maydonlari faqat o'rashlari orqali oqadigan oqim tomonidan hosil bo'ladi.
DC motor
Britaniyalik olim Uilyam Sturgeon 1832-yilda mexanizmlarni aylantira oladigan birinchi kommutator DC motorini ixtiro qildi. Sturgeonning ishidan so'ng, amerikalik ixtirochi Tomas Davenport kommutator tipidagi doimiy to'g'ridan-to'g'ri dvigatelni yaratdi va uni 1837 yilda patentladi. Dvigatel daqiqada 600 aylanish tezligida ishlaydi va quvvati elektr asbob va bosmaxona. Birlamchi akkumulyatorlarning yuqori narxi tufayli elektr motori tijorat muvaffaqiyatiga erisha olmadi va Davenport bankrot bo'ldi. Bir nechta ixtirochilar Sturgeonga ergashib, doimiy to'g'ridan-to'g'ri dvigatellarni ishlab chiqdilar, ammo ularning barchasi batareyaning narxi bir xil muammoga duch keldi. O'sha paytda elektr energiyasini taqsimlash tizimi mavjud bo'lmagani uchun, bu motorlar uchun haqiqiy tijorat bozori yo'q edi.
Nisbatan kuchsiz aylanadigan va o'zaro harakatlanuvchi qurilmalar bilan boshqa ko'p yoki kamroq muvaffaqiyatli urinishlardan so'ng, Prussiyalik Moritz von Yakobi 1834 yil may oyida birinchi haqiqiy aylanadigan elektr motorini yaratdi. U ajoyib mexanik ishlab chiqarishni ishlab chiqaradi. Uning mototsikli jahon rekordini o'rnatdi, Yakobi to'rt yil o'tib, 1838 yil sentyabrida bu rekordni oshirdi. Uning ikkinchi mototsikli keng daryoda 14-odamlik qayiqni haydash uchun etarlicha kuchli edi. Shuningdek, 1839/40 yillarda boshqa ishlab chiquvchilar shunga o'xshash, keyin esa yuqori unumdorlikdagi motorlarni yaratishga muvaffaq bo'lishdi.
1855 yilda Jedlik o'zining elektromagnit aylanish qanoti ishlatadigan printsiplarga o'xshash printsiplardan foydalangan holda foydali ishlarni bajarishga qodir qurilmani qurdi. O'sha yili u elektromobil modelini yaratdi.
Katta burilish nuqtasi 1864 yilda, Antonio Pacinotti birinchi marta toroidal armaturani tasvirlab berganida sodir bo'ldi (garchi u dastlab DC generatorida (ya'ni generator) ishlab chiqilgan bo'lsa ham). Bu xususiyat nosimmetrik tarzda guruhlangan sariqlarga ega bo'lib, ular bir-biriga yopilgan va cho'tkalari deyarli o'zgarmas oqimni ta'minlaydigan kommutatorning panjaralariga ulangan. Birinchi tijoriy jihatdan muvaffaqiyatli DC motorlar 1871 yilda Pachinotti dizaynini qayta ixtiro qilgan va Verner Siemensning ba'zi echimlarini qabul qilgan Zénobe Grammening rivojlanishidan keyin paydo bo'ldi.
DC motorining afzalliklari 1867 yilda Siemens tomonidan e'lon qilingan va Pachinotti kuzatuvlari orqali kashf etilgan motorning teskari harakatchanligidan kelib chiqadi. bu DC qurilmalari bir-biridan 2 km masofada joylashgan bo'lib, ulardan birini generator sifatida, ikkinchisini esa elektr motor sifatida ishlatadi.
Baraban rotori 1872 yilda Siemens va Halske kompaniyasidan Fridrix fon Xefner-Altenek tomonidan Pachinottining halqa armaturasini almashtirish uchun taqdim etilgan va shu bilan mashina samaradorligini oshiradi. [6] Laminatsiyalangan rotorlar keyingi yili Siemens & Halske tomonidan taqdim etildi, buning natijasida temir yo'qotilishi kamayadi va induktsiya kuchlanishi yuqori bo'ldi. 1880 yilda Jonas Wenstrm rotorni o'rashlarni joylashtirish uchun teshiklar bilan ta'minlab, samaradorlikni yanada oshirdi.
1886 yilda Frank Julian Sprague o'zgaruvchan yuklar ostida nisbatan barqaror tezlikni saqlaydigan uchqunsiz qurilma bo'lgan birinchi amaliy DC motorini ixtiro qildi. Taxminan bu vaqtda Spraguening boshqa elektr ixtirolari tarmoqning quvvat taqsimlash ko'rsatkichlarini sezilarli darajada yaxshiladi (Tomas Edison lavozimida bo'lgunga qadar bajarilgan ishlar), elektr motorlaridan quvvatni elektr tarmog'iga, havo simlari va trolleybus ustunlari orqali elektr tarmog'iga qaytarishga imkon berdi. elektr ishlarini boshqarish tizimi. Bu Spragueni 1887–88 yillarda Virjiniya shtatining Richmond shahrida elektr motorlar yordamida birinchi elektr trolleybus tizimini, 1892 yilda elektr lift va boshqaruv tizimini hamda mustaqil ravishda quvvatlanadigan markazdan boshqariladigan vagonlarga ega elektr metrosini ixtiro qilishga olib keldi. Ikkinchisi birinchi marta 1892 yilda Chikagoda janubiy tomondan baland temir yo'l tomonidan o'rnatilgan bo'lib, u erda "L" nomi bilan tanilgan. Spraguening elektr motori va u bilan bog'liq ixtirolari qiziqish uyg'otdi va sanoat elektr motorlarida keng qo'llanilishini topdi. Qabul qilinadigan samaradorlikka ega elektr motorlarini ishlab chiqish rotor va stator o'rtasidagi havo bo'shlig'ining muhim ahamiyatini tushunmaslik tufayli o'nlab yillar davomida kechiktirildi. Samarali dizaynlar nisbatan kichik havo bo'shliqlariga ega. Xuddi shu sababga ko'ra, uzoq vaqtdan beri sinflarda harakat tamoyillarini ko'rsatish uchun ishlatilgan Sent-Luis avtomobili juda samarasiz va zamonaviy mashinaga o'xshamaydi.
Elektr dvigatellari sanoatda inqilob qildi. Sanoat jarayonlari endi vallar, kamarlar, siqilgan havo yoki gidravlika yordamida elektr uzatish bilan cheklanmaydi. Buning o'rniga, har bir mashina o'z quvvat manbai bilan jihozlanishi mumkin, uni ishlatish paytida osongina nazorat qilish va quvvat uzatish samaradorligini oshirish mumkin. Qishloq xo'jaligida qo'llaniladigan elektr motorlar inson va hayvonlarning mushaklar kuchini don bilan ishlash yoki suv quyish kabi vazifalardan olib tashlaydi. Uyda elektr motorlaridan foydalanish uydagi og'ir mehnatni kamaytiradi va qulaylik, qulaylik va xavfsizlikning yuqori standartlarini ta'minlaydi. Bugungi kunda elektr motorlari Qo'shma Shtatlarda ishlab chiqarilgan elektr energiyasining yarmidan ko'pini iste'mol qiladi.
AC motor
1824 yilda frantsuz fizigi Franua Arago kalitni qo'lda ochish va yopish orqali Arago aylanishi deb nomlanuvchi aylanadigan magnit maydonning mavjudligini taklif qildi, Valter Beyli 1879 yilda birinchi ibtidoiy induksion vosita sifatida ko'rsatdi. 1880-yillarda ko'plab ixtirochilar o'zgaruvchan tok motorlarini ishlab chiqishga harakat qilishdi [31], chunki uzoq masofalarga yuqori kuchlanishli uzatishda o'zgaruvchan tok dvigatellarining afzalliklari o'zgaruvchan tok dvigatellarida ishlay olmaslik bilan qoplanadi.
1885 yilda Galileo Ferraris birinchi o'zgaruvchan tok kollektorsiz induksion motorni ixtiro qildi. Ferraris 1886 yilda yanada ilg'or birliklarni ishlab chiqarish orqali o'zining birinchi dizaynini takomillashtirdi. 1888 yilda Turindagi Qirollik Fanlar akademiyasi Ferrarisning elektr motorlarining ishlash asoslarini batafsil o'rganishini nashr etdi, ammo o'sha paytda "qurilmaga asoslangan qurilma" degan xulosaga keldi. bu printsip elektr motor sifatida hech qanday tijorat ahamiyatiga ega bo'lishi mumkin emas."
Mumkin bo'lgan sanoat rivojlanishi Nikola Tesla tomonidan 1887 yilda o'zining mustaqil asinxron motorini ixtiro qilgan va 1888 yil may oyida patentlangan. O'sha yili Tesla AIEEda o'zgaruvchan tok dvigatellari va transformatorlari uchun yangi tizim haqidagi maqolasini taqdim etdi. Ikki fazali to'rt statorli qutbli dvigatel turlarining uchta patenti: biri o'z-o'zidan ishga tushmaydigan istaksiz motorni tashkil etuvchi to'rt kutupli rotorli, ikkinchisi esa yara rotori bilan o'z-o'zidan ishga tushiriladigan asenkron motorni tashkil qiladi, uchinchisi esa rotor o'rashlariga mos ravishda qo'zg'atuvchi doimiy quvvatni ta'minlaydigan haqiqiy sinxron vosita. Biroq, 1887 yilda Tesla tomonidan topshirilgan patent, shuningdek, qisqa tutashuvli rotorli asenkron motorni tasvirlab berdi. Jorj Vestinxaus Ferrarisdan huquqlarni (1$000) sotib oldi va darhol Tesla patentlarini sotib oldi ($60,000, shuningdek, 1897 yilgacha sotilgan ot kuchiga ega avtomobil uchun 2,50 dollar,[32] 2010 yilda Teslani ijaraga oldi. elektr motorini ishlab chiqish va Teslaga yordam berish uchun CF Scottni topshirdi; ammo, Tesla 1889 yilda boshqa joyni tark etdi. [Haddan tashqari iqtiboslar] Doimiy tezlikda ishlaydigan AC asinxron motor tramvaylar uchun mos emasligi aniqlandi,[31], ammo Westinghouse muhandislari 1891 yilda Kolorado shtatining Telluride shahrida kon qazish ishlarini quvvatlantirish uchun uni muvaffaqiyatli qayta jihozlashdi. 53][54][55] Westinghouse oʻzining birinchi amaliy asinxron motorini 1892-yilda amalga oshirdi va 1893-yilda koʻp fazali 60 Gts chastotali asinxron motorlar oilasini ishlab chiqdi, ammo bu ilk Westinghouse motorlari oʻralgan rotorli ikki fazali dvigatel bilan qurilgan. Keyinchalik BG Lamme aylanma rotorni o'rash rotorini ishlab chiqdi. [45]
Mixail Dolivo-Dobrovolskiy 1889 yilda uch fazali ishlab chiqarishni qat'iy targ'ib qilishda uch fazali asenkron motorni ixtiro qildi, bu ham sincap rotori, ham boshlang'ich varistorli yara rotori turi va 1890 yilda uch qo'lli transformatorni ixtiro qildi. AEG va Maschinenfabrik Oerlikon o'rtasida Doliwo-Dobrowolski va Charlz Eugene Lancelot Braun kattaroq modellarni ishlab chiqdilar, 20 ot kuchiga ega sincap kafesi va boshlang'ich varistorli 100 ot kuchiga ega o'ralgan rotor. Bu amaliy ishlash uchun mos bo'lgan birinchi uch fazali asenkron motorlar edi. Winstrom 1889 yildan beri shunga o'xshash uch fazali mashinalarni ishlab chiqmoqda. 1891 yilda Frankfurtda bo'lib o'tgan Xalqaro elektrotexnika ko'rgazmasida birinchi uzoq masofali uch fazali tizim muvaffaqiyatli namoyish etildi. U 15 kV quvvatga ega va Neckardagi Laufen sharsharasidan 175 km uzoqlikda joylashgan. Lauffen elektr stantsiyasi 240 kVt 86 V 40 Gts chastotali alternator va kuchaytiruvchi transformatordan iborat bo'lsa, ko'rgazmada pasaytiruvchi transformator sun'iy sharsharani quvvatlaydigan 100 ot kuchiga ega uch fazali asinxron motorni quvvatlantiradi. original transformatorning uzatilishi. energiya manbai. ] Uch fazali induktsiya hozirda tijorat ilovalarining aksariyat qismida qo'llaniladi. Biroq, u Teslaning elektr motorlari ikki fazali pulsatsiyalar tufayli amaliy emasligini ta'kidladi, bu esa uni uch fazali ishiga sodiq qolishga undadi.
1891 yilda GE 1896 yilga kelib uch fazali asenkron motorni [45] ishlab chiqishni boshladi, GE va Westinghouse keyinchalik qafas rotori deb nomlanuvchi bar-o'rash rotorini loyihalash uchun o'zaro litsenziya shartnomasini imzoladilar. Asinxron motorni takomillashtirish ushbu ixtirolar va innovatsiyalardan kelib chiqdi, shuning uchun 100-ot kuchiga ega induksion motor endi 1897 yildagi 7.5-ot kuchiga ega dvigatel bilan bir xil oʻrnatilgan oʻlchamlarga ega.
komponentlar
Dvigatel rotori (chapda) va stator (o'ngda)
Rotor[tahrir]
Asosiy maqola: Rotor (elektr)
Elektr dvigatelida harakatlanuvchi qism rotor bo'lib, u mexanik quvvatni uzatish uchun milni aylantiradi. Rotorda odatda milni aylantiruvchi kuch hosil qilish uchun statorning magnit maydoni bilan o'zaro ta'sir qiluvchi oqimlarni o'tkazuvchi o'tkazgichlar mavjud. Shu bilan bir qatorda, ba'zi rotorlar doimiy magnitlarni olib yuradi, statorlar esa o'tkazgichlarni ushlab turadi.
rulman
Rotor o'z o'qi atrofida aylanishiga imkon beruvchi podshipniklar bilan quvvatlanadi. Rulmanlar o'z navbatida dvigatel korpusi tomonidan quvvatlanadi. Dvigatel mili rulman orqali dvigatelning tashqi tomoniga cho'ziladi, bu erda yuk qo'llaniladi. Yukning kuchi eng tashqi rulmandan tashqarida qo'llanilishi sababli, yuk to'xtatiladi. [59]
stator
Asosiy maqola: Stator
Stator dvigatelning elektromagnit davrining sobit qismi bo'lib, odatda sariqlardan yoki doimiy magnitlardan iborat. Stator yadrosi laminatsiya deb ataladigan ko'plab nozik metall plitalardan iborat. Qattiq yadro ishlatilsa, yuzaga keladigan energiya yo'qotishlarini kamaytirish uchun laminatsiyalardan foydalaniladi.
havo bo'shlig'i
Rotor va stator orasidagi masofa havo bo'shlig'i deb ataladi. Havo bo'shliqlari sezilarli ta'sirga ega va odatda imkon qadar kichikroqdir, chunki katta havo bo'shliqlari ishlashga kuchli salbiy ta'sir ko'rsatishi mumkin. Dvigatelning ishlashi uchun kam quvvat omilining asosiy manbai hisoblanadi. Havo bo'shlig'ining ortishi bilan qo'zg'alish oqimi ortadi. Shuning uchun havo bo'shlig'ini minimallashtirish kerak. Shovqin va yo'qotishlardan tashqari, kichik bo'shliqlar ham mexanik muammolarni keltirib chiqarishi mumkin.
Ko'zga tashlanadigan qutbli rotor
O'rash[tahrirlash]
Asosiy maqola: O'rash
O'rash - bu g'altakga o'rnatilgan sim, odatda laminatlangan yumshoq ferromagnit yadroga o'ralgan bo'lib, energiya berilganda qutblarni hosil qiladi.
Dvigatellar ikkita asosiy dala qutbi konfiguratsiyasiga ega: ko'zga tashlanadigan va bo'lmagan. Ko'zga tashlanadigan qutbli mashinada qutblarning magnit maydoni qutb yuzlari ostidagi qutblarga o'ralgan o'rash orqali hosil bo'ladi. Ko'zga ko'rinmas qutbli yoki taqsimlangan dala yoki dumaloq rotorli mashinalarda o'rashlar qutb yuzidagi tirqishlarda taqsimlanadi. [60] Soyali qutbli dvigatel qutbning magnit maydonining fazasini kechiktiradigan o'ralgan qismiga ega.
Ba'zi elektr motorlarining o'tkazgichlari qalinroq metalldan iborat, masalan, metall chiziqlar yoki plitalar, odatda mis yoki alyuminiy. Ular odatda elektromagnit induktsiya tomonidan boshqariladi.
kommutator
Asosiy maqola: Kommutator (elektr)
O'yinchoqlar uchun kichik DC motor va uning kommutatori
Kommutator ko'pgina shahar motorlari va ba'zi AC motorlarining kirishini almashtirish uchun ishlatiladigan mexanizmdir. U bir-biridan va mildan izolyatsiya qilingan slip halqa segmentlaridan iborat. Dvigatelning armatura oqimi aylanadigan kommutator bilan aloqada bo'lgan statsionar cho'tkalar orqali ta'minlanadi, bu esa kerakli oqimning teskari o'zgarishiga olib keladi va rotor qutbdan qutbga aylanayotganda Dvigatelni eng yaxshi tarzda quvvatlang. [61][62] Ushbu oqimning teskari o'zgarishi bo'lmasa, vosita to'xtaguncha tormozlanadi. Elektron kontrollerlar, sensorsiz boshqaruv, asinxron motorlar va doimiy magnitli motorlar sohasidagi takomillashtirilgan texnologiyani hisobga olgan holda, tashqi kommutatsiyalangan asenkron va doimiy magnitli motorlar elektromexanik kommutatsiyalangan motorlarni almashtirmoqda.
Dvigatel ta'minoti va nazorati
Dvigatel quvvati
Yuqorida aytib o'tilganidek, shahar motorlari odatda slip halqali kommutatorlar bilan ta'minlanadi. AC motorining kommutatsiyasi slip ring kommutatori yoki tashqi kommutatsiya yordamida amalga oshirilishi mumkin va u qattiq tezlikda yoki o'zgaruvchan tezlikda boshqaruv turi bo'lishi mumkin va u sinxron yoki asenkron turdagi bo'lishi mumkin. Umumiy maqsadli elektr motorlar AC yoki doimiy tokda ishlashi mumkin.
motorni boshqarish
Terminallarga qo'llaniladigan doimiy kuchlanishni sozlash orqali shahar motorlari o'zgaruvchan tezlikda ishlashi mumkin.
Odatda belgilangan tezlikda ishlaydigan AC motorlar to'g'ridan-to'g'ri tarmoqdan yoki vosita yumshoq starter orqali quvvatlanadi.
O'zgaruvchan tezlikda ishlaydigan AC motorlar turli quvvat invertorlari, o'zgaruvchan chastotali drayvlar yoki elektron kommutator texnologiyalari bilan quvvatlanadi.
Elektron kommutator atamasi ko'pincha o'z-o'zidan ishlaydigan cho'tkasi bo'lmagan DC vosita va o'chirilgan istaksiz vosita ilovalari bilan bog'liq.
