История создания и развития электродвигателя
 Скачать 46.94 Kb.
|
 Министерство образования Пензенской областиГосударственное автономное профессиональное образовательное учреждение Пензенской области «Пензенский колледж информационных и промышленных технологий (ИТ – колледж)» Учебный комплекс информационных технологий Научно-практическая конференция на тему: «История создания и развития электродвигателя» Выполнили: Абрамов Дмитрий Андреевич, Колесников Сергей Александрович Обучающиеся 1 курса, группы 21ИТ21 по специальности 08.02.09 «Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования промышленных и гражданских зданий» Пенза,2021 Содержание. Введение 1 История 2 Электродвигатель Б.С. Якоби 3 Устройство и принцип работы 4 Характеристики электродвигателя 5 Применение Заключение Список литературы 2 Введение. В 21-ом веке электродвигатели имеют особое место в нашей жизни. Оглянитесь вокруг – они получил практически повсеместное распространение. Сегодня они используются не только во всех отраслях промышленности, но и в транспорте, предметах и устройствах, окружающих нас в повседневной жизни, на работе, в школе и дома. Фены, вентиляторы, швейные машины, строительные инструменты, компьютеры – вот далеко не полный перечень устройств, где используются электродвигатели. И мне стало интересно, как они устроены и получится ли у меня самостоятельно собрать свою модель электродвигателя. Объектам: исследования является энергетика Предметом: проекта является история создания и развития электродвигателя Цель работы: показать общее развитие электродвигателя с 1821 года Актуальность темы: В настоящий момент электродвигатели далеко ушли вперёд по сравнению с началом их развития. Каждый день мы пользуемся электродвигателями и можем даже не замечать этого. Задачи: 1.Познакомиться с историей развития электродвигателя; 2.Выяснить принципы работы электродвигателя; 3.Изучить область применения электродвигателей; 3 История 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. История электродвигателя - сложная и длинная цепь открытий, находок, изобретений. Начальный период развития электродвигателя (1821 - 1834 гг.). Он тесно связан с созданием физических приборов для демонстрации непрерывного преобразования электрической энергии в механическую. В 1821 г. М. Фарадей, исследуя взаимодействие проводников с током и магнитом, показал, что электрический ток вызывает вращение проводника вокруг магнита, или вращение магнита вокруг проводника. Изобретатели стремились создать электродвигатель для производственных нужд. Они пытались заставить железный сердечник двигаться в поле электромагнита возвратно-поступательно. Русско-прусский учёный Б.С. Якоби пошёл иным путём. В 1834 году он создал первый в мире практически пригодный электродвигатель со вращающимся якорем и опубликовал теоретическую работу «О применении электромагнетизма для приведения в движение машины». Б.С. Якоби писал, что его двигатель несложен и «даёт непосредственно круговое движение, которое гораздо легче преобразовать в другие виды движения, чем возвратно-поступательное». Вращательное движение якоря в двигателе Якоби происходило вследствие попеременного притяжения и отталкивания электромагнитов. Неподвижная группа U-образных электромагнитов питалась током непосредственно от гальванической батареи, причем направление тока в этих электромагнитах оставалось неизменным. Подвижная группа электромагнитов была подключена к батарее через коммутатор, с помощью 4 которого направление тока в каждом электромагните изменялось восемь раз за один оборот диска. Полярность электромагнитов при этом соответственно изменялась, а каждый из подвижных электромагнитов попеременно притягивался и отталкивался соответствующим неподвижным электромагнитом: вал двигателя начинал вращаться. Мощность такого двигателя составляла всего 15 Вт. Впоследствии Якоби довёл мощность электродвигателя до 550 Вт. Этот двигатель был установлен сначала на лодке, а позже на железнодорожной платформе. В 1839 году Якоби построил лодку с электромагнитным двигателем, который от 69 элементов Грове развивал 1 лошадиную силу и двигал лодку с 14 пассажирами по Неве против течения. Это было первое применение электромагнетизма к передвижению в больших размерах. 5 Электродвигатель Б.С. Якоби Второй этап развития электродвигателей (1834 – 1860 гг.) характеризуется конструкциями с вращательным движением явнополюсного якоря. Однако вращательный момент на валу у таких двигателей обычно был резко пульсирующим. В 1834 г. Б.С. Якоби создал первый в мире электрический двигатель постоянного тока, в котором реализовал принцип непосредственного вращения подвижной части двигателя. Этот двигатель имел две группы П-образных электромагнитов, из которых одна группа (4 электромагнита) располагались на неподвижной раме, а другая аналогичная – на вращающемся диске. В качестве источника питания электромагнитов применялась батарея гальванических элементов. Для изменения полярности электромагнитов использовался простейший коммутатор. Обмотки всех электромагнитов неподвижной рамы были соединены последовательно, и ток в них имел одно и тоже направление. Обмотки электромагнитов вращающегося диска были также соединены последовательно, но направление тока в них с помощью коммутатора изменялось 8 раз за один оборот вала, следовательно, изменялась их полярность, и они поочередно притягивались и отталкивались электромагнитами неподвижной рамы. Такой двигатель получил название явнополюсного электродвигателя Якоби и был вполне работоспособным. В 1838 г. этот двигатель (0,5 кВт) был испытан на Неве для приведения в движение лодки с пассажирами, т. е. получил первое практическое приминение. Испытания различных конструкций электродвигателей привели Б.С. Якоби и других исследователей к следующим выводам: применение электродвигателей находится в прямой зависимости от удешевления электрической энергии, т.е. от создания генератора, более экономичного, чем гальванические элементы; электродвигатели должны иметь по возможности малые габариты и по возможности большую мощность и больший коэффициент полезного действия. 6 На этом этапе нужно отметить электродвигатель итальянца А. Пачинотти (1860 г.). Его двигатель состоял из якоря кольцеобразной формы, вращающегося в магнитном поле электромагнитов. Подвод тока осуществлялся роликами. Обмотка электромагнитов включалась последовательно с обмоткой якоря (т.е. электромашина имела последовательное возбуждение). Габариты двигателя были невелики, он имел практически постоянный вращающий момент. В двигателе Пачинотти явнополюсный якорь был заменен неявнополюсным. Барабанный якорь, в котором рабочим является проводник, составляющий виток, был изобретен лишь в 1872 г. В. Сименсом. Еще через 10 лет в железе якоря появились пазы для обмотки (1882 г.). Барабанный якорь машины постоянного тока стал таким, каким мы его можем видеть в настоящее время. Третий этап развития электродвигателей характеризуется открытием и промышленным использованием принципа самовозбуждения, в связи, с чем был окончательно осознан и сформулирован принцип обратимости электрической машины. Питание электродвигателей стало производиться от более дешевого источника электрической энергии – электромагнитного генератора постоянного тока. В 1886 г. электродвигатель постоянного тока приобрел основные черты современной конструкции. В дальнейшем он все более и более совершенствовался. Таким образом, общими усилиями множества ученых разных стран, на протяжении более полувека создавалась конструкция, которую можно назвать электродвигателем. 7 Устройство и принцип работы Подавляющее большинство электрических машин работает по принципу магнитного отталкивания и притяжения. Если между северным и южным полюсами магнита поместить проволоку и пропустить по ней ток, то её вытолкнет наружу. Как это возможно? Дело в том, что проходя по проводнику, ток формирует вокруг себя круговое магнитное поле по всей длине провода. При взаимодействии кругового поля проводника и однородного поля магнита, между полюсами магнитное поле с одной стороны ослабевает, а с другой усиливается. То есть среда становится упругой и результирующая сила выталкивает провод из поля магнита под углом 90 градусов в направлении, определяемом по правилу левой руки. Эта сила называется «амперовой». Это явление использовали как основной принцип работы первых электродвигателей, этот же принцип используют и поныне. В двигателях постоянного тока малой мощности для создания постоянного магнитного поля применяются постоянные магниты. В электромоторах средней и большой мощности однородное магнитное поле создают с помощью обмотки возбуждения или индуктора.Конструктивно все электрические двигатели постоянного тока состоят из статора и ротора (якоря), разделенных воздушным зазором. Статор электродвигателя постоянного тока служит для создания неподвижного магнитного поля машины и состоит из станины, главных и добавочных полюсов. Станина служит для крепления основных и добавочных полюсов и является элементом магнитной цепи машины. На главных полюсах расположены обмотки возбуждения, предназначенные для создания магнитного поля машины, на добавочных полюсах - специальная обмотка, служащая для улучшения условий коммутации .Якорь электродвигателя постоянного тока состоит из магнитной системы, собранной из отдельных листов, рабочей обмотки, уложенной в пазы, и коллектора служащего для подвода к рабочей обмотке постоянного тока. Коллектор представляет собой цилиндр, насаженный на вал двигателя и избранный из изолированных друг от друга медных пластин. На коллекторе имеются выступы-петушки, к которым припаяны концы секций обмотки якоря. 8 Характеристики электродвигателя На данный момент электродвигатели имеют следующие характеристики. Максимальная мощность измеряется в Ваттах. Этот параметр зависит от конструкции, материала изготовления, и технологии создания. Несколько двигателей имеющие одинаковую массу и размер могут иметь различную мощность исключительно из-за технологии производства. Как правило, именно этот параметр задает ценовую категорию для двигателя. Далее рассматривают номинальное напряжение и ток, а так же сопротивление обмотки, эти параметры неизменно влияют друг на друга. При более низком сопротивлении, возрастает максимальное значение силы тока. Третьей характеристикой являются номинальные обороты в минуту. Конструкция современного двигателя направлена на получение более высоких оборотов, или же наивысшего момента на валу. Следовательно, двигатель с большим диаметром имеет увеличенный высокий момент и уменьшенные обороты. У каждого электродвигателя имеется возможность соединения его обмоток по схеме треугольник — обозначается: Δ, либо по схеме звезда — обозначается Y в зависимости от схемы соединения обмоток меняются и такие его характеристики как напряжение сети и ток сети. Например, в нашем случае: Δ/ Y 220/380 V 2,8/1,8 А — это значит, что при схеме соединения «треугольник» Δ — электродвигатель подключается на напряжение 220 Вольт и потребляет из сети 2,8 Ампера, а при схеме соединения «звезда» Y- подключается на напряжение 380 Вольт и потребляет из сети 1,8 Ампера. Коэффициент полезного действия (КПД) — это процентное соотношение мощности отдаваемой электродвигателем, т.е. мощности на валу и мощности потребляемой электродвигателем из сети. Например: если мощность электродвигателя 8 кВт, а его КПД — 80%, то из сети он потребляет 10кВт, остальные 2 кВт тратятся на нагрев обмоток электродвигателя, потери на трение в подшипниках и т.д. 9 Применение Без электроники сегодня никуда. С каждым днем количество приборов, работающих от электричества, всё возрастает. Электродвигатели получили широкое применение не только во многих отраслях промышленности, но и в предметах и устройствах, окружающих нас каждый день, так как простота их конструкции, надежность, долговечность и высокий показатель КПД делает их практически универсальными. Фены, вентиляторы, насосы, некоторые виды транспорта - вот лишь некоторый перечень устройств, работающих не без помощи электродвигателей. Относительной простотой конструкции и надежностью в эксплуатации отличаются именно асинхронные электродвигатели. Они хорошо используются в приводах деревообрабатывающих, металлообрабатывающих и других видов станков, кузнечнопрессовых, грузоподъемных, ткацких, швейных, землеройных машин, вентиляторов, насосов, компрессоров, в ручном электроинструменте, в центрифуге, в лифтах, в бытовых приборах и т.д. однако имеют ограниченный диапазон частоты вращения и низкий коэффициент мощности при малых оборотах. Крановые электродвигатели применяются в жилищном и капитальном строительстве, в горнодобывающей и металлургической промышленности, энергетике, на транспорте. Одним из видов транспорта, где используются электродвигатели, является метро. Со временем мощность электродвигателей выросла от пятидесяти ватт до двухсот киловатт. Согласитесь, время не стоит на месте, техника совершенствуется и имеет уже более широкие возможности. 10 Заключение Создание электрического двигателя, стало настоящим прорывом во всемирной истории. Ведь только это устройство могло преобразовывать электрическую энергию в механическую. Тем самым уменьшить использование человеческих ресурсов, если, конечно же смотреть с макроэкономической стороны. Да и существенно упростить жизнь обыкновенных людей. Ведь благодаря электродвигателям появились такие приборы, как электродрель, фен, миксер, вентилятор и миллионы других полезных для человека изобретений. В современном мире электродвигатели купить может каждый желающий. Достаточно просто выбрать для каких целей он нужен вам. К примеру, вы захотите сделать свой собственный вентилятор, для этого вам понадобиться, изначально, купить электродвигатель необходимой мощности. Только после этого вы сможете сделать всё, что хотите (и не только вентилятор, а к примеру деревообрабатывающий станок). Ведь мир электротехники полностью открывает вам мир для создания новых полезных устройств. Мы познакомились величайшим техническим достижением конца XIX века. 11 Список литературы: 1.Белькинд Л.Д. История энергетической техники. -М.: Издательство «Владос»,2017 .-245с. 2. Алиев И.И. Создание асинхронных двигателей. -М.: Издательство «ИП РадиоСофт»,2016.-320с. 3.Лавриненко В.В. Первые электродвигатели. -М.: Издательство «Энергия»,2018.210с. 4. Черепенин П.Г. Применение асинхронных электродвигателей. -М.: Издательство «Владос»,2019.278с. 5. Емельянов А.В. Характеристики двигателей в электроприводе. Издательство «Энергия»,2016.170с. 6. Детгиз П.Г.Создатели двигателей. — М. Издательсто «Энергия»,2019.590с. 7. https://imwerden.de/pdf/gumilevsky_sozdateli_dvigatelej_1960__ocr.pdf 8. https://lib-bkm.ru/load/66-1-0-91 9. https://techlib.org/books/fursov-ispolzovanie-trehfaznyh-elektrodvigatelej- 10. https://techlib.org/books/dlougij-privody-mashin-spravochnik/ 12 |