Главная Новости

История развития устройства электродвигателя

Одной из основных задач в различных сферах и отраслях хозяйственной деятельности на протяжении многих лет (сельское хозяйство, машиностроение, добыча полезных ископаемых и энергоресурсов, строительство) является повышение производительности труда, а чтобы добиться значительного повышения производительности зачастую требуется проведение автоматизации и комплексной механизации трудовых процессов. Более 80% вырабатываемой электроэнергии преобразуется посредством электродвигателя в механическую энергию.

Электродвигатели различных мощностей и модификаций приводят в движение и заставляют работать различное оборудование и станки, механизмы и узлы.

Электродвигатель является электромеханической системой и состоит из следующих элементов:

• электродвигательный элемент
• преобразовательный элемент
• передаточный элемент
• управляющий элемент

Электродвигатель (или электропривод) — это электромеханическая система для приведения в движение исполнительных механизмов и узлов рабочих машин и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса.

Согласно ГОСТ Р 50369-92 электрическим приводом называется электромеханическая система, состоящая в общем случае из взаимодействующих преобразователей электроэнергии, электромеханических и механических преобразователей, управляющих и информационных устройств и устройств сопряжения с внешними электрическими, механическими, управляющими и информационными системами, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины.

В промышленной сфере главным потребителем электроэнергии и источником механической является электродвигатель, представляющий совокупность множества электромашин, узлов, аппаратов, механизмов и систем управления.

В результате трудов множества инженеров, конструкторов и ученых-электротехников, как отечественных, так и зарубежных был изобретен электрический двигатель.

Колоссальный вклад в историю создания и развития электродвигателя внесли такие выдающиеся личности как датский ученый Ханс Кристиан Эрстед, который продемонстрировал возможность взаимодействия магнитного поля и проводника с током в 1820 году, знаменитый французский физик Андре-Мари Ампер, математически доказавший это взаимодействие в том же 1820 году, английский физик-экспериментатор Майкл Фарадей, построивший в 1821 году экспериментальную установку, доказавшую возможность построения электродвигателя. Отечественные ученые-академики Бориис Семёнович (Мориц Герман фон) Якоби и Эмилий Христианович Ленц, которым впервые удалось создать в 1834 году электродвигатель постоянного тока.

Работа Б.С. Якоби по созданию двигателя получила широкую мировую известность, и многие последующие работы в этой области были вариацией или развитием его идей, например, в 1837 году американец Девенпорт построил свой электродвигатель с более простым коммутатором. В 1838 г. Б.С. Якоби усовершенствовал конструкцию электрического двигателя, привнеся в него практически все элементы современной электрической машины. Получившийся электродвигатель, мощностью в 1 л.с., был использован для привода лодки, которая с 12 пассажирами совершила движение со скоростью до 5 км/ч против течения Невы. Именно поэтому 1838 год официально считается годом создания электродвигателя.

На данной модели электродвигателя были выявлены весьма значительные преимущества по сравнению с господствовавшим в то время паровыми механизмами – это отсутствие парового котла, запасов топлива и воды, т.е. существенно лучшие массогабаритные показатели.

Но несовершенство первого электродвигателя, главным образом из-за неэкономичности источника электроэнергии – гальванической батареи, которая была разработана итальянцем Л. Гальвани, явилось причиной того что, работы Б.С. Якоби и его последователей сразу не получили практической реализации, требовался простой, надежный и экономичный источник электрической энергии.

Академик Э.Х. Ленц в 1833 году открыл принцип обратимости электрических машин, объединивший впоследствии пути развития двигателей и генераторов. Следствием чего в 1870 году сотрудник французской фирмы «Альянс» - З. Грамм создал промышленный тип электрического генератора постоянного тока, давший новый импульс в развитие электродвигателя и внедрению его в промышленность.

Электротехник В.Н. Чиколев создает в 1879 году электропривод для дуговых ламп, электроприводы для швейной машины (1882) и вентилятора (1886), которые были отмечены золотыми медалями на всероссийских выставках. Масштабное внедрение электродвигателей постоянного тока происходит в военно-морском флоте: подъемник боезапасов на броненосце "Сисой Великий" (1890-1894), первый рулевой привод на броненосце "12 Апостолов" (1992). В 1895 году А.В. Шубин разработал систему «инжектор-двигатель» для рулевого управления, установленный в дальнейшем на броненосцах "Князь Суворов", "Слава" и др.

Электроприводной механизм проникает в ткацкое производство на подмосковные текстильные фабрики Морозова, Лингардта, Прохоровскую мануфактуру, где уже к 1896 году работало значительное число двигателей постоянного тока.

Отмечаются случаи использования электропривода в городском транспорте – трамвайные линии в городах Киеве, Казани и Нижнем Новгороде (1892) и – несколько позже – в Москве (1903) и Петербурге (1907). Однако отмеченные успехи были незначительными. В 1890 году электропривод составлял всего лишь 5% от общей мощности используемых механизмов.

Появившийся практический опыт требовал анализа, системотизации и разработки теоретической базы для последующего освещения путей развития ЭП. Огромную роль здесь сыграл научный труд нашего соотечественника крупнейшего электротехника Д.А. Лачинова, опубликованный в 1880 году в журнале "Электричество" под названием "Электромеханическая работа", заложившей первые основы науки об электроприводе. Д.А. Лачинов убедительно доказал преимущества электрического распределения механической энергии, впервые дал выражение для механической характеристики двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением, дал классификацию электрических машин по способу воз-буждения, рассмотрел условия питания двигателя от генератора. Поэтому 1880 год – год опубликования научного труда "Электромеханическая работа" считается годом рождения науки об электроприводе.

Наряду с электроприводом постоянного тока улучшает свои достижения и электропривод переменного тока. В 1841 году англичанин Ч. Уитсон построил однофазный синхронный электродвигатель. Но он не нашел практического применения из-за трудностей при пуске. В 1876 году П.Н. Яб-лочков (1847-1894) разработал несколько конструкций синхронных генераторов для питания изобретенных им свечей, а также изобрел трансформатор. Следующим шагом на пути к электропривод переменного тока явилось открытие в 1888 году итальянцем Г. Феррарисом и югославом Н. Теслой явление вращающегося магнитного поля, что положило начало конструированию многофазных электродвигателей. Феррарисом и Теслой были разработаны несколько моделей двухфазных двигателей переменного тока. Однако двухфазный ток в Европе не получил широкого распространения. Причиной этого была разработка русским электротехником М.О. Доливо Добровольским в 1889 году более совершенной трехфазной системы переменного тока. В этом же 1889 году 8 марта он запатентовал асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором (АД КЗ), а несколько позднее – и с фазным ротором. Уже в 1891 году на электротехнической выставке во Франкфурте на Майне М.О. Доливо-Добровольский продемонстрировал асинхронные электдвигатели мощностью 0,1 кВт (вентилятор); 1,5 кВт (генератор постоянного тока) и 75 кВт (насос). Доливо-Добровольским также были разработаны 3-х фазный синхронный генератор и 3-х фазный трансформатор, конструкции которых остается практически неизменными и в наше время. Марсель Депре в 1881 году обосновал возможность передачи электроэнергии на расстоянии, и в 1882 была построена первая линия электропередачи протяженностью 57 км и мощность 3 кВт. В результате вышеперечисленных работ были устранены последние принципиальные технические препятствия к распространению электрической передачи энергии и был создан наиболее надежный, простой и дешевый электрический двигатель, пользующийся в настоящее время исключительным раcпространением. Более 50 % всей электроэнергии преобразуется в механическую посредством самого массового электропривода на основе АД КЗ.

Первые в России 3-х фазные электродвигатели переменного тока были установлены в 1893 году в Шепетовке и на Коломенском заводе, где к 1895 году было установлено 209 электродвигателей общей мощностью 1507 кВт. И все же темпы внедрения электропривода в промышленность оставались низкими из-за отсталости России в области электротехнического производства (2,5 % от мировой продукции) и выработки электроэнергии (15 место в мире) даже в пору расцвета царской России (1913).

Другие сообщения