История изобретения электродвигателя

Министерство  образования  и  науки  Российской  Федерации

Невинномысский  технологический институт

(филиал) федерального  государственного бюджетного образовательного  учреждения

высшего профессионального  образования

«Северо-Кавказский государственный технический университет»

 

 

Кафедра Электроэнергетики и электротехники

 

 

 

 

Реферат

 

 

По дисциплине                 Введение в специальность

 

На тему                История изобретения электродвигателя

 

 

студентки___1___курса_________группы____ЭЭБн-111_________

 

__________________Минуллиной Анны Валерьевны_____________

^{(фамилия,  имя, отчество)}

 

 

 

 

 

Руководитель работы:

  Ефанов А.В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Невинномысск 2011

 

      

       Содержание:

     Введение______________________________________3

1.  Этапы развития  электродвигателей________________4

2.  Начальный этап________________________________4

3.  Второй этап____________________________________5

  3.1 Недостатки электродвигателя Якоби_____________ 8

4.  Третий этап____________________________________9

       Заключение____________________________________11

     Список используемой  литературы_________________12

 

         Введение.

Наш век – это мир техники. Могучие машины добывают из недр земли миллионы тонн угля, руды, нефти. Мощные электростанции вырабатывают миллиарды киловатт-часов электроэнергии. Тысячи фабрик и заводов изготавливают одежду, аудиоприемники, телевизоры, велосипеды, автомобили, часы и другую необходимую продукцию. Телеграф, телефон и радио соединяют нас со всем миром. Поезда Теплоходы, самолеты с большой скоростью переносят нас через материки и океаны. А высоко над нами, за пределами земной атмосферы, летают ракеты и искусственные Спутники Земли.

Сложный и трудный путь прошла наука о гальваническом электричестве, прежде чем был создан первый практически пригодный электродвигатель. В нем как в фокусе зеркала сконцентрировались все важнейшие открытия и изобретения многих ученых разных стран 20-х и 30-х годов ХIХ века.

       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        1.Этапы развития электродвигателей.

История создания электродвигателей  уходит в глубокую древность. Сложными путями шел человек к открытию и познанию законов физики, созданию различных механизмов, машин. Важнейшим  этапом в развитии электроэнергетики  явилось изобретение и применение электродвигателей. Принцип действия  электродвигателей основан на физическом явлении: виток проводника, по которому  протекает электрический ток, будучи помещенным между магнитами, движется поперек силовых линий магнитного поля. Электродвигатель, как правило, компактнее других двигателей, всегда готов к работе, может управляться на расстоянии.

История электродвигателя - сложная и длинная цепь открытий, находок, изобретений. Его изобретение многие ученые делят на 3 этапа:

• Начальный этап (1821-1834 гг.)
• Второй этап (1834-1860 гг.)
• Третий этап (1860-1887 гг.)

 

        2.Начальный этап (1821-1834 гг.)

       Этот  этап связан с созданием физических приборов для демонстрации непрерывного преобразования  электрической энергии в механическую. Возможность преобразования электрической энергии в механическую была впервые установлена Фарадеем, создавшим в 1821 году первую модель электрического двигателя, в которой электрический ток, протекая по медному проводу, вызывал его движение вокруг вертикально поставленного постоянного магнита. Опыт Фарадея показал принципиальную  возможность построения электрического двигателя.

Первые электродвигатели напоминали по устройству паровые машины: двигатель Дж.  Генри (1832  г.) и  двигатель У. Пейджема (1864 г.) имели  коромысла, кривошип, шатун, а также золотники (переключатели тока в соленоидах, заменявших собой цилиндр).

П. Барлоу предложил «колесо  Барлоу», которое является одним из исторических памятников предыстории развития электродвигателя.

«Колесо Барлоу» по принципу действия представляло собой униполярную электрическую машину, работающую в двигательном режиме: в результате взаимодействия магнитного поля постоянных магнитов и тока, проходящего через оба медных зубчатых колеса, сидящих на одной оси, колеса начинают быстро вращаться. Легко определить (пользуясь, например, правилом левой руки), что оба колеса будут вращаться в одном направлении.

 Барлоу установил,  что перемена контактов или  перемена положения полюсов магнитов  немедленно вызывает перемену  направления вращения колес.  «Колесо Барлоу» не имело практического назначения и остается до сих пор лабораторным демонстративным прибором.

Характерным для первого  этапа развития электродвигателя примером, отражающим иное направление в создании конструктивных форм, является прибор американского физика Дж. Генри. Генри в 1831 г. Опубликовал статью «о качательном движении, производимом магнитным притяжением и отталкиванием», в которой он описал построенный им электродвигатель.

 Это устройство, как  и «колесо Барлоу», не пошло  дальше лабораторных демонстраций, и сам изобретатель не придавал ему серьезного значения. В историческом аспекте электродвигатель генри интересен тем, что в этом устройстве впервые сделана попытка использовать притяжение разноименных и отталкивание одноименных магнитных полюсов для получения непрерывного движения (в данном случае — качательного). Изменение полярности электромагнита за счет перемены направления протекающего по его обмотке тока приводило электромагнит в равномерное качательное движение.

 В модели, построенной самим генри, электромагнит совершал 75 качаний в минуту. Мощность двигателей подобного типа была очень небольшой: один из таких двигателей, построенный в 1831 г., имел мощность 0,044 вт (по современным подсчетам).

 Как на первом  этапе, так и позднее было предложено много конструкций двигателей с качательным движением якоря. Однако более прогрессивными оказались попытки построить электродвигатель с вращательным движением якоря.

3. Второй  этап  развития  электродвигателей (1834-1860  гг.)

Этот этап характеризуется конструкциями с вращательным движением явнополюсного якоря. Однако вращательный момент на валу у таких двигателей обычно был резко пульсирующим. Наиболее характерные и существенно важные работы по конструированию электродвигателей этого рода принадлежат Борису Семеновичу Якоби. Изучая конструкции электродвигателей своих предшественников, в которых было осуществлено возвратно-поступательной или качательной движение якоря, Якоби отозвался об одном из них, что «такой прибор будет не больше, чем забавной игрушкой для обогащения физических кабинетов», и что «его нельзя будет применить в большом масштабе с какой-нибудь экономической выгодой» - поэтому он направил свое внимание на построение более мощного электродвигателя с вращательным движением якоря. И уже в 1834 г. Якоби построил и описал электродвигатель (Рис.1), который действовал на принципе притяжения и отталкивания между электромагнитами. В 1838 г. этот двигатель был испытан на Неве для приведения в движение лодки с пассажирами, т.е. получил первое практическое применение.

    Рис.1   Электродвигатель Якоби

Этот двигатель имел две группы П-образных электромагнитов, из которых одна группа (четыре П-образных электромагнита) располагалась на неподвижной раме, а другая аналогичная группа — на вращающемся диске. В качестве источника тока для питания электромагнитов была применена батарея гальванических элементов. Для попеременного изменения полярности подвижных электромагнитов служил коммутатор (устройство (переключатель, распределитель), обеспечивающее посредством включения, отключения и переключения выбор требуемой выходной цепи (цепей) и соединение с ней входной цепи (цепей)).

Коммутатор представлял  собой чрезвычайно важную и глубоко продуманную часть устройства электродвигателя Якоби. Конструктивно он представлял собой четыре металлических кольца, установленных на валу и изолированных от него; каждое кольцо имело четыре выреза, которые соответствовали одной восьмой части окружности. Вырезы были заполнены изолирующими вкладками; каждое кольцо было смещено на 45° по отношению к предыдущему. По окружности кольца скользил рычаг, представлявший собой своеобразную щетку; второй конец рычага был погружен в соответствующий сосуд со ртутью, к которому подводились проводники от батареи (сосуды с ртутью являлись наиболее распространенными в то время контактными устройствами).

Таким образом, при каждом обороте кольца 4 раза разрывалась  электрическая цепь, к электромагнитам вращающегося диска отходили от колец проводники, укрепленные на валу машины. 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 с помощью коммутатора изменялось 8 раз за один оборот вала. Следовательно, полярность этих электромагнитов также изменялась 8 раз за один оборот вала, и эти электромагниты поочередно притягивались и отталкивались электромагнитами неподвижной рамы.

Первый электродвигатель, построенный Якоби, мог поднимать  груз весом 10—12 фунтов (т. е. примерно 4—5 кг) на высоту 1 фут (примерно 30 см) в  секунду, что составляло мощность около 15 Вт. Желание увеличить мощность электродвигателя привело Б.С. Якоби к созданию конструкции электродвигателя сдвоенного типа.

В практике за рубежом имел некоторое распространение электродвигатель французского электротехника П. Г. Фромана (Рис.2).

     Рис.2  общий вид электродвигателя Фромана

Некоторые из электродвигателей, построенных в 40—60-х годах XIX в., действовали на принципе втягивания стального сердечника в соленоид; получавшееся при этом возвратно-поступательное движение преобразовывалось посредством балансира или шатунно-кривошипного механизма во вращательное движение вала, снабженного для равномерности хода маховыми колесами. Таковы, например, электродвигателя Пейджа (Рис.3) и Бурбуза (Рис.4).

              Рис.3 Электродвигатель Пэйджа

             Рис. 4   Электродвигатель Бурбуза

Все рассмотренные выше электродвигатели действовали на принципе взаимных притяжений и отталкиваний магнитов или электромагнитов. Они  были снабжены якорями простейшей формы  в виде стержня с обмоткой; такие стержневые якори являются явнополюсными. Этим электродвигателям были свойственны существенные недостатки.

 Наиболее серьезными  из них являлись большие габариты  машины при сравнительно малой  мощности, большое магнитное рассеяние  и низкий к. П. Д. Кроме  того, вращающий момент на валу таких электродвигателей отличался непостоянством и в связи с попеременными притяжениями и отталкиваниями стержневых якорей действие таких электродвигателей было в большей или меньшей степени толчкообразным. При столь резких и частых изменениях вращающего момента на валу двигателя применение последнего в системе электропривода представлялось малоперспективным.

 3.1 Недостатки электродвигателя Якоби.

Так же можно отметить и некоторые существенные недостатки электродвигателя Якоби Было отмечено, что Якоби напрасно применил новую конструкцию коммутатора. Необходимо было сохранить конструкцию 1834 г. Неудовлетворительной оказалась и шелковая изоляция проводов. При использовании гальванических – элементов не был учтен доказанный ранее Якоби и Ленцем вывод, что количество применяемых в батарее электродов не играет большой роли, важна их площадь. Значит, можно было вместо 320 гальванических элементов использовать значительно меньшее их число, например 10 или 20, но с большей площадью электродов. Оказалось также, что вместо перепонок, разделяющих в элементах различные кислоты, можно было применить пористые глиняные перегородки. Это значительно повысило бы качество каждого элемента и всей батареи.

Надеясь, что отмеченные недостатки могут быть устранены, комиссия решила продолжить практическое испытание электродвигателя в 1839 г. Особенно горячо на этом настаивал представитель Морского ведомства в комиссии капитан корпуса корабельных инженеров С. А. Бурачек. Он заявил, что результаты испытаний электродвигателя дают возможность надеяться на применение его «к военному кораблю и к целому флоту». Парусный флот с военной точки зрения, по его мнению, не выдерживал никакой критики. Стоило вражеской артиллерии разбить паруса, и корабль, потеряв управление, лишался маневренности, а следовательно, и боеспособности.  Применение же паровой машины в военном флоте, «несмотря на все ее совершенство», также создавало ряд трудностей. «Котел -машины и уголь заявлял Бурачек,- вытеснят артиллерию. Одного ядра достаточно, чтобы прострелить паровой котел, цилиндр, дымовую трубу, сбить гребные колеса и оставить корабль без всякого движения». Ему как моряку представлялось, что применение электродвигателя приведет не только к устранению этих недостатков, но и преобразит военный флот. Расположенный на дне корабля электродвигатель будет «скрыт и безопасен от ядер», что является «первейшим условием для всякого движителя» любого военного корабля. Он освободит его от огромного груза и тем самым даст возможность лучше оснастить его необходимой артиллерией. Электрический ток от батарей может быть использован для освещения и взрывного дела. Применение электродвигателя даст возможность сократить штат команды корабля на 200-300 матросов.

 

4. Третий этап (1860-1887 гг.)

Третий этап в развитии электродвигателей (1860-1887г.г.) связан с разработкой

конструкций с кольцевым  неявнополюсным якорем и практически  постоянным вращающим моментом.

На этом этапе стоит  отметить электродвигатель итальянца А. Пачинотти 1860г. (Рис.5).

 

                 Рис.5  Электродвигатель А. Пачинотти

 

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. Главное значение работы Пачинотти состоит в том, что им был сделан дальнейший и притом весьма важный шаг на пути построения современной машины постоянного тока: явнополюсный якорь был заменен неявнополюсным. К этому следует еще добавить удобную схему возбуждения и коллектор, по существу говоря, современного типа.

Любопытно также отметить, что Пачинотти указал на возможность  обращения своего двигателя в  генератор. Однако, не зная о возможности  применения самовозбуждения машины, он рекомендовал для использования  машины в качестве генератора заменить электромагниты постоянными магнитами.

 В 1863 г. Пачинотти  опубликовал сведения о конструкции  своего электродвигателя, но на  эту публикацию не было обращено  достаточно внимания, и изобретение  было на время забыто. Несмотря  на большой интерес с принципиальной точки зрения, оно не получило распространения, так как по-прежнему не было еще экономичного генератора электрической энергии. Идея кольцевого якоря была возрождена примерно через 10 лёт.     3.Т. Граммом в конструкции электромашинного генератора.

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.

По роду тока электродвигатели стали делиться на машины переменного  и постоянного тока; по принципу действия машины переменного тока делятся  на синхронные и асинхронные.

Асинхронные двигатели  отличаются простотой конструкции, малой стоимостью, надежностью в работе. Они являются самым распространенным видом двигателей.

 

 

 

 

  
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3аключение.

В середине XIX в. один из важнейших  принципов электротехники - принцип  обратимости электрических машин  был еще не понят современниками Ленца и Фарадея. Не понял его и Якоби, хотя этот принцип был ему известен. Ученые, инженеры и изобретатели в то время обращали внимание прежде всего на возможность использования электромагнитных машин в качестве двигателей, а не в качестве источников электрического тока. Электродвигатель на первых порах своей эволюции рассматривался ими как нечто самодовлеющее и внутренне не связанное с электромагнитным генератором электрического тока. И только позднее после глубокого познания принципа обратимости и выяснения единой сущности двух казавшихся ранее независимыми электромагнитных процессов - генераторного и двигательного - динамо-машина и электродвигатель стали рассматриваться как одна и та же машина, различным образом используемая лишь в зависимости от преследуемых целей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы:

1.«Концепции современного  естествознания».Степан Харланович  Карпенков. «Культура и спорт» , «Юнити». Москва, 1997.

2.«Б.С. Якоби». Москва, « Просвещение», 1978

3. «Физика в ее развитии  ». Б.А. Спасский .Москва «Просвещение» ,1979.

4. http://electrolibrary.narod.ru/gistory-machiny.htm