Загрузка...
Кто впервые сконструировал трехфазный асинхронный электродвигатель
Кто впервые сконструировал трехфазный асинхронный электродвигатель
Асинхронный электродвигатель трехфазного тока М.О.Доливо-Добровольского
К 90-м гг. XIX в. уже весьма глубоко была разработана теория электротехники, электрические установки того времени работали преимущественно на постоянном токе. Однако постоянный ток имеет существенный недостаток – он не поддается трансформации, то есть изменению напряжения. Многим ученым и изобретателям стало очевидным, что без переменного тока электротехника в дальнейшем развиваться не сможет. Одним из аргументов противников переменного тока было – отсутствие для него приемлемых электродвигателей. В конце 80-х гг. XIX в. одними из первых разработкой двигателей переменного тока начали заниматься итальянский физик Г. Феррарис и американский изобретатель сербского происхождения Н. Тесла. Однако созданные ими двухфазные двигатели не смогли найти эффективного практического применения из-за конструктивных недоработок, связанных с теоретическими просчетами.
Блестяще решил вопрос в пользу переменного тока наш соотечественник Михаил Осипович Доливо-Добровольский (1862 – 1919) – изобретатель трехфазного асинхронного электродвигателя и разработчик основных элементов трехфазной системы переменного тока. Большую часть жизни ученый прожил вдали от Родины — в Германии. Многие годы он проработал на фирме AEG (Allgemeine Electrizitalt Gesellshaft – «Всеобщая компания электричества»), начав свою инженерную деятельность в должности шеф-электрика (главного электрика). Основанная в 1881 г. как одно из отделений предприятий американского предпринимателя и изобретателя Томаса Эдисона, к 90-х гг. XIX в. фирма стала самостоятельной, а впоследствии — одним из крупнейших электротехнических предприятий Европы.
Доливо-Добровольский установил, что для создания вращающегося магнитного поля — основы работы асинхронного двигателя — технически и экономически целесообразно применение симметричной трехфазной магнитной системы, со сдвигом фаз на 120 электрических градусов. Трехфазный асинхронный электродвигатель, изготовленный Доливо-Добровольским в 1889 г., продемонстрировал высокую эффективность и неоспоримые преимущества перед двухфазными двигателями Феррариса и Тесла. По словам изобретателя: «уже при первом включении выявилось ошеломляющее для представлений того времени действие… попытка остановить его торможением за конец вала от руки блестяще провалилась, и только при особой ловкости было возможно воспрепятствовать таким способом его запуску при включении. Если принять во внимание малые размеры моторчика, это представлялось чудом для всех приглашенных свидетелей». Несмотря на это отношение к переменному току у многих оставалось сдержанным. Корифей электротехники Т. Эдисон отказался даже осмотреть новое изобретение, заявив: «Нет, нет, переменный ток — это вздор, не имеющий будущего. Я не только не хочу осматривать двигатель переменного тока, но и знать о нем». Вскоре Доливо-Добровольскому удалось решить все основные проблемы, связанные с конструкцией двигателя, устройство которого до настоящего времени принципиально не менялось.
Первой демонстрацией практического применения асинхронного двигателя и трехфазной системы стала Международная электротехническая выставка 1891 г. во Франкфурте-на-Майне. Выставку с гидроэлектростанцией на реке Неккар в городе Лауфен соединила 170-километровая линия электропередачи. А 25 августа на выставке зажглась тысяча электроламп, питаемых током от Лауфенской электростанции. Затем был пущен трехфазный асинхронный двигатель мощностью 75 кВт, приводивший в действие декоративный дестиметровый водопад. Разработки Доливо-Добровольского вскоре были внедрены в производство. Простой, экономичный и надежный двигатель переменного тока, получил широкое распространение и послужил стимулом для развития техники переменных токов и электроэнергетики в целом. В России фирма AEG в конце 90-х гг. XIX в. развернула сеть агентств в Москве, Санкт-Петербурге, Ростове и других городах, занимавшихся реализацией изделий своих германских предприятий. Генеральное представительство этой фирмы располагалось в Москве, в Лубянском проезде, рядом с Политехническим музеем.
Трехфазный асинхронный электродвигатель типа «DR8O» мощностью 6 л.с. (4 кВт) выпуска 90-х гг. XIX в. из собрания Политехнического музея является одним из первых серийных трехфазных двигателей фирмы AEG. Об этом свидетельствует наличие кольцевой обмотки на статоре. Впоследствии от таких обмоток отказались, перейдя на более совершенные — барабанные.
Основные элементы двигателя — трехфазная обмотка статора, шихтованный ротор с короткозамкнутой обмоткой типа «беличья клетка» — предложены и разработаны Доливо-Добровольским. Работа асинхронного двигателя основана на электромагнитном взаимодействии между статором и ротором. Токи статорных обмоток создают вращающееся магнитное поле, которое, в свою очередь, индуцируют токи в короткозамкнутой обмотке ротора. В результате взаимодействия токов ротора с магнитным полем статора создается вращающий момент.
Электродвигатель находится в рабочем состоянии. История его появления в Политехническом музее полностью не выяснена, однако, существует версия, что М.О. Доливо-Добровольский лично передал его в дар музею.
Источник: «Региональное хранилище единой коллекции цифровых образовательных ресурсов»
Доливо-Добровольский Михаил Осипович (1862-1919)
Русский инженер-электротехник, создатель техники трехфазного электрического тока.
М.О. Доливо-Добровольский родился 2 января 1862 г. (21 декабря 1861 г. по старому стилю) в Петербурге в многодетной дворянской семье. Михаил был старшим ребенком. В 1873 г. родители переехали в Одессу. Здесь в 1878 г. Михаил окончил реальное училище, а 1 сентября 1878 г. поступил в Рижский политехнический институт. 22 июня 1881 г. за участие в антиправительственной агитации он был исключен из института без права поступления в другие высшие учебные заведения Российской империи. Для продолжения своего образования Михаил Осипович избрал Дармштадское высшее техническое училище, где уделялось особое внимание практическому применению электричества. Здесь в 1882 г. была учреждена специальная кафедра электротехники, которую возглавил профессор Эразм Киттлер, а в январе 1883 г., впервые в практике высшего образования, был введен специальный курс электротехники. В том же году Э. Киттлер открыл электротехническую лабораторию, в которой после окончания Дармштадского технического училища должность ассистента занял М.О. Доливо-Добровольский. Молодому преподавателю было поручено вести курс «Электрохимия с особым вниманием к гальванопластике и металлургии». В 1884-1885 гг. Михаил Осипович выступил на страницах журнала «Электричество» со своими статьями, в которых описал два изобретения в области электрохимии. Одно из них было связано с топливными элементами, второе касалось способа получения алюминия из его окиси при высокой температуре.
В 1887 г. М.О. Доливо-Добровольский был приглашен в фирму AEG (Allgemeine Elektricitats-Geselschaft), где проработал всю жизнь, пройдя путь от электрика до директора фирмы.
Творческая и инженерная деятельность М.О. Доливо-Добровольского была направлена на решение задач, с которыми неизбежно пришлось бы столкнуться при широком использовании электроэнергии. Работа в этом направлении в необычайно короткий срок привела к разработке трехфазной электрической системы и совершенной, в принципе не изменившейся до настоящего времени конструкции асинхронного электродвигателя.
Главная особенность асинхронного двигателя Доливо-Добровольского – ротор с обмоткой в виде беличьей клетки. Он выполнил ротор в виде стального цилиндра, а в просверленные по периферии каналы заложил медные стержни. На лобовых частях ротора эти стержни электрически соединялись друг с другом. В 1889 г. М.О. Доливо-Добровольский получил патент на свое изобретение.
Следующим шагом М.О. Доливо-Добровольского явился переход к трехфазной системе. В результате исследования различных схем обмоток ученый сделал ответвления от трех равноотстоящих точек якоря машин постоянного тока. Таким образом, были получены токи с разностью фаз 120 градусов. Таким путем была найдена связанная трехфазная система, отличительной особенностью которой являлось использование для передачи и распределения электроэнергии только трех проводов.
Весной 1889 г. М.О. Доливо-Добровольским был построен первый трехфазный асинхронный двигатель мощностью около 100 Вт. Этот двигатель питался током от трехфазного одноякорного преобразователя и при испытаниях показал вполне удовлетворительные результаты. Вслед за первым одноякорным преобразователем был создан второй, более мощный, а затем началось изготовление трехфазных синхронных генераторов. Уже в первых генераторах применялись два основных способа соединения обмоток: в звезду и треугольник. В дальнейшем М.О. Доливо-Добровольскому удалось улучшить использование статора с помощью широко применяемого в настоящее время метода, заключающегося в том, что обмотку делают разрезной и противолежащие катушки соединяют встречно.
Важным достижением М.О. Доливо-Добровольского явилось также то, что он сделал обмотку статора распределенной по всей его окружности. Вскоре он внесен еще одно усовершенствование: кольцевую обмотку статора заменил барабанной. После этого асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором приобрел современный вид.
Трехфазная система не получила бы в первые же годы своего существования столь быстрого распространения, если бы не решила проблемы передачи энергии на большие расстояния. В 1889 г. М.О. Доливо-Добровольский изобрел трехфазный трансформатор. Вначале это был трансформатор с радиальным расположением сердечников. Затем было предложено несколько конструкций так называемых «призматических» трансформаторов, в которых удалось получить более компактную форму магнитопровода. В октябре 1891 г. была сделана патентная заявка на трехфазный трансформатор с параллельными стержнями, расположенными в одной плоскости. В принципе, эта конструкция сохранилась до настоящего времени.
В 1914 г., когда разразилась Первая мировая война, М.О. Доливо-Добровольский, сохранивший российское гражданство, переехал в Швейцарию. В 1918 г. он вновь приехал в Берлин, предполагая вернуться к работе в фирме AEG. Однако болезнь сердца, мучившая его с детства, обострилась.
Умер М.О. Доливо-Добровольский в 1919 г.
Литература:
Album Academicum Русского политехнического института. – Запись № 1442.
Главный студенческий реестр Рижского политехнического института. – Запись № 1442.
Веселовский О.Н. Михаил Осипович Доливо-Добровольский. – М., Л.: ГЭИ, 1958.
Памяти Михаила Доливо-Добровольского, Spannung (AEG – Umschau). – Jahrgang 3. – 1929. – № 2. – S. 44.
Источник: «Региональное хранилище единой коллекции цифровых образовательных ресурсов»
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
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.
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
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.
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
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.
Тесты по теме «Асинхронный электродвигатель»
Идёт приём заявок
Подать заявку 
Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Тесты по теме «Асинхронный электродвигатель»
1. Что называется электрической машиной?
А). Устройство, предназначенное для электрификации и автоматизации производства.
Б). Электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки и предназначенное для преобразования одной системы переменного тока в другую.
В). Электромеханический преобразователь, в котором преобразуется механическая энергия в электрическую и наоборот.
2. Дайте определение электродвигателя.
А). Машина, преобразующая механическую энергию в электрическую.
Б). Электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки и предназначенное для преобразования одной системы переменного тока в другую.
В). Машина, преобразующая электрическую энергию в механическую.
3. Дайте определение генератора.
А). Машина, преобразующая механическую энергию в электрическую.
Б). Электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки и предназначенное для преобразования одной системы переменного тока в другую.
В). Машина, преобразующая электрическую энергию в механическую.
4. Какие законы лежит в основе работы электрических машин?
Б). Закон Джоуля – Ленца.
В). Законы электромагнитной индукции и электромагнитных сил.
5. При каком условии обмотки статора соединяются «треугольником»
6. Какие двигатели получили наибольшее распространение?
А) Двигатели постоянного тока.
Б) Асинхронные электродвигатели.
В) Синхронные электродвигатели.
7. Может ли ротор АД вращаться синхронно с вращающимся магнитным полем статора?
В) Не имеет значения.
8. У какого двигателя обмотка ротора соединяется «звездой» при изготовлении?
Б) АД с короткозамкнутым ротором.
В) АД с фазным ротором.
9. При каком условии обмотки статора соединяются «звездой»?
10. Если происходит выработка электроэнергии, то это….
11. Выберите схему асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.
12. Кто впервые сконструировал трёхфазный асинхронный электродвигатель? Год.
А) Б.С. Якоби, 1834 г.
Б) М.О. Доливо-Добровольский, 1889 г.
В) П.Н. Яблочков, 1876 г.
13. Основные элементы асинхронного электродвигателя.
А) Статор, ротор, вал, обмотки.
Б) Станина, якорь.
В) Статор, якорь, подшипники.
14. Из какого материала выполняют статор асинхронного электродвигателя
А) Электротехническая сталь.
15. Как включены обмотки статора трехфазного асинхронного электродвигателя?
А) 1- «треугольник», 2 – «звезда», 3 — «звезда», 4 — «треугольник»,
Б) 1- «звезда», 2 – «треугольник», 3 — «звезда», 4 — «треугольник»,
В) 1, 3 — «звезда», 2, 4 — «треугольник».
16. Условие, необходимое для работы асинхронного электродвигателя
17. Укажите деталь, не принадлежащую асинхронным машинам?
18. Асинхронный электродвигатель-это двигатель работающий
А) На постоянном токе.
Б) На переменном токе.
В) Дизельном топливе.
19. Скольжение ротора- это
А) Отставание частоты вращения ротора от частоты вращения магнитного поля статора.
Б) Отставание частоты вращения статора от частоты вращения ротора.
В) Скольжение обмотки ротора по обмотке статора.
20. Скольжение ротора в момент пуска
В) Может иметь любое значение.
21. Вращающий момент асинхронного электродвигателя
А) Не зависит от номинальной мощности.
Б) Прямопропорционален номинальной мощности.
В) Обратнопропорционален номинальной мощности.
22. Из какого вещества выполняются стержни короткозамкнутого ротора?
23. Как укладываются обмотки асинхронного двигателя?
А) Наматываются на ротор.
Б) Укладываются в пазы статора и ротора.
В) Запаиваются в корпус статора.
24. Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя основан на:
А ) Взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с током ротора.
Б) Взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с общим магнитным полем ротора.
В) Взаимодействии магнитного поля статора с током ротора.
25. Укажите основные недостатки трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при прямом пуске в ход.
А) Малый пусковой момент.
Б) Большой пусковой ток.
В) Оба определения верны.
26. Герметичная электрическая машина- это
А) Машина, защищённая от попадания жидкости, пыли.
Б) Машина, защищённая от попадания внутрь посторонних предметов.
В) Защищённая машина, исключающая возможность сообщения между её внутренним пространством и окружающей средой.
27. Погружная электрическая машина – это
А) Машина, защищённая от воспламенения.
Б) Машина, предназначенная для эксплуатации в условиях погружения в жидкость.
В) Машина, защищённая от попадания внутрь посторонних предметов.
28 . Определите для асинхронного двигателя число n оборотов в минуту вращающегося поля при частоте тока f 1 = 50Гц и шестиполюсном статоре.
29. Число пар полюсов асинхронного двигателя увеличили в два раза. Как изменится число оборотов вала двигателя?
А) Увеличится в два раза.
Б) Уменьшится в два раза.
30. Укажите типы электрических машин представленных на рисунке.
А) 1 — асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором;
2 — асинхронный двигатель с фазным ротором;
3 — двигатель постоянного тока.
Б) 1 — асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором;
2 — двигатель постоянного тока.
3 — асинхронный двигатель с фазным ротором.
В) 1 — асинхронный двигатель с фазным ротором;
2 — двигатель постоянного тока.
3 — асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.
«творческая работа с детьми от 3 до 10 лет»
- Железняков Андрей Владимирович
- Написать
- 7055
- 10.03.2017
Номер материала: ДБ-255092
ВНИМАНИЮ УЧИТЕЛЕЙ: хотите организовать и вести кружок по ментальной арифметике в своей школе? Спрос на данную методику постоянно растёт, а Вам для её освоения достаточно будет пройти один курс повышения квалификации (72 часа) прямо в Вашем личном кабинете на сайте «Инфоурок».
Пройдя курс Вы получите:
— Удостоверение о повышении квалификации;
— Подробный план уроков (150 стр.);
— Задачник для обучающихся (83 стр.);
— Вводную тетрадь «Знакомство со счетами и правилами»;
— БЕСПЛАТНЫЙ доступ к CRM-системе, Личному кабинету для проведения занятий;
— Возможность дополнительного источника дохода (до 60.000 руб. в месяц)!
Пройдите дистанционный курс «Ментальная арифметика» на проекте «Инфоурок»!
- 10.03.2017
- 985
- 10.03.2017
- 3268
- 10.03.2017
- 272
- 10.03.2017
- 350
- 10.03.2017
- 212
- 10.03.2017
- 358
- 10.03.2017
- 416
Не нашли то что искали?
«творческая работа с детьми от 3 до 10 лет»
Вам будут интересны эти курсы:
Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения авторов.
Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако редакция сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.
Асинхронный электродвигатель
Значение слова «Асинхронный электродвигатель» в Большой Советской Энциклопедии
на взаимодействии вращающегося магнитного поля (см. Вращающееся магнитное поле), возникающего при прохождении трёхфазного переменного тока по обмоткам статора, с током, индуктированным полем статора в обмотках ротора, в результате чего возникают механические усилия, заставляющие ротор вращаться в сторону вращения магнитного поля при условии, что частота вращения ротора n меньше частоты вращения поля n1 .Т. о., ротор совершает асинхронное вращение по отношению к полю.
Впервые явление, названное магнетизмом вращения, продемонстрировал французский физик Д. Ф. Араго (1824). Он показал, что укрепленный на вертикальной оси медный диск начинает вращаться, если вращать над ним постоянный магнит. Спустя 55 лет, 28 июня 1879, английский учёный У. Бейли получил вращение магнитного поля поочерёдным подключением обмоток 4 стержневых электромагнитов к источнику постоянного тока. В работах М. Депре (Франция, 1880—1883), И. Томсона (США, 1887) и др. описываются устройства, основанные также на свойствах вращающегося магнитного поля. Однако строгое научное изложение сущности этого явления впервые, практически одновременно и независимо друг от друга, было дано в 1888 итальянским физиком Г. Феррарисом и хорватским инженером и учёным Н. Тесла.
Двухфазный Асинхронный электродвигатель был изобретён Н. Тесла в 1887 (английский патент № 6481), публичное сообщение об этом изобретении он сделал в 1888. Распространения этот тип Асинхронный электродвигатель не получил главным образом из-за плохих пусковых характеристик. В 1889 М. О. Доливо-Добровольский испытал сконструированный им первый в мире трёхфазный Асинхронный электродвигатель, в котором применил ротор типа «беличье колесо» (германский патент № 51083), а обмотку статора разместил в пазах по всей окружности статора. В 1890 Доливо-Добровольский изобрёл фазный ротор с кольцами и пусковыми устройствами (патенты английский № 20425 и германский № 75361). Через 2 года им же была предложена конструкция ротора, названная «двойной беличьей клеткой», которую, однако, стали широко применять только с 1898 благодаря работам французского инженера П. Бушеро, представившего Асинхронный электродвигатель с таким ротором, как двигатель со специальными пусковыми характеристиками.
Конструктивное оформление Асинхронный электродвигатель, их мощность и габариты зависят от назначения и условий работы.
Например, двигатели с воздушным и водяным охлаждением (общего применения); герметичные, маслонаполненные (для электробуров) и взрывобезопасные (для работы в шахтах, взрывоопасных помещениях и др.); пыле-, брызгозащищённые (для применения в морских условиях и тропическом климате) и т. д. Некоторые виды Асинхронный электродвигатель (например, шаговые, для следящих систем, схем автоматики и телемеханики, со ступенчатой регулировкой скорости и пр.) разрабатываются и выпускаются комплектно с блоками управления и пускозащитной аппаратурой, с встроенными редукторами. Трёхфазные Асинхронный электродвигатель сравнительно с однофазными обладают лучшими пусковыми и рабочими характеристиками. Основные конструктивные элементы Асинхронный электродвигатель: статор — неподвижная часть (рис., а) и ротор — вращающаяся часть (рис., б, в). В соответствии со способом выполнения роторной обмотки Асинхронный электродвигатель делятся на двигатели с контактными кольцами и короткозамкнутые. Воздушный зазор между статором и ротором у Асинхронный электродвигатель делается по возможности малым (до 0,25 мм). Частота вращения ротора Асинхронный электродвигатель зависит от частоты вращения магнитного поля статора и определяется частотой питающего тока и числом пар полюсов двигателя.
При пуске Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором возникает пусковой ток, сила которого превышает силу номинального тока в 4—7 раз. Поэтому прямое включение в сеть применяется только для двигателей мощностью до 200 квт. Более мощные Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором включают сперва на пониженное напряжение, чтобы сила пускового тока снизилась в 3—4 раза. С этой же целью применяют пуск Асинхронный электродвигатель через автотрансформатор, включенный на время пуска последовательно с обмоткой статора. Силу пускового тока двигателей с фазным ротором ограничивают пусковым сопротивлением в цепи ротора, которое в процессе разбега ротора постепенно уменьшают. После запуска Асинхронный электродвигатель обмотку ротора замыкают накоротко. Для уменьшения потерь на трение и износа щёток их обычно поднимают щёткоподъёмным приспособлением, которое перед этим замыкает накоротко обмотку ротора через кольца.
Частоту вращения Асинхронный электродвигатель регулируют в основном изменением числа пар полюсов, сопротивления, включенного в цепь ротора, изменением частоты питающего тока, а также каскадным включением нескольких машин. Направление вращения Асинхронный электродвигатель изменяют переключением любых двух фаз обмотки статора.
Асинхронный электродвигатель благодаря простоте в производстве и надёжности в эксплуатации широко применяют в электрическом приводе. Основные недостатки Асинхронный электродвигатель — ограниченный диапазон регулирования частоты вращения и значительное потребление реактивной мощности в режиме малых нагрузок. Создание регулируемых статических полупроводниковых преобразователей частоты существенно расширяет область применения Асинхронный электродвигатель в автоматических регулируемых электроприводах (см. Электропривод, Электропривод автоматизированный).
Лит.: Веселовский О. Н., Михаил Осипович Доливо-Добровольский, М.—Л., 1958; Костенко М. П., Пиотровский Л. М., Электрические машины, ч. 1—2, М.—Л., 1958,
В Большой Советской Энциклопедии рядом со словом «Асинхронный электродвигатель»
Статья про слово «Асинхронный электродвигатель» в Большой Советской Энциклопедии была прочитана 8052 раз
Электрический двигатель
Определение.
Электрический двигатель – механизм или специальная машина, предназначенная для преобразования электрической энергии в механическую, при котором так же выделяется тепло.
Предыстория.
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.
Вращающееся магнитное поле
Вращение электромотора
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.
Появление электродвигателей переменного тока
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]:
- Обмотка двигателя должна содержать две независимые части (называемые теперь фазами), магнитные потоки которых геометрически взаимно перпендикулярны.
- 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.
Потребность в двигателях переменного тока возникла при внедрении однофазных осветительных сетей. Первым стал синхронный двигатель Уитстона с постоянными магнитами (1841 г.).
Однако такие двигатели не имели пускового момента, поэтому на практике применялись универсальные двигатели Сименса и репульсионные двигатели Томсона (1884-5 гг).
Достаточно мощные двигатели для промышленности были созданы только в середине 1880-х гг., после того как концепция вращающегося магнитного поля была математически сформулирована Феррарисом и реализована в многофазных синхронных и асинхронных двигателях Теслы, запущенных в производство на заводах Вестингауза.
