muturi elettriċi bikrija
L-esperimenti elettromanjetiċi ta' Faraday, 1821 L-ewwel muturi elettriċi kienu apparati elettrostatiċi sempliċi, deskritti f'esperimenti mill-patri Skoċċiż Andrew Gordon u l-esperimentatur Amerikan Benjamin Franklin fl-1740s. Il-prinċipju teoretiku warajha, il-liġi ta’ Coulomb, ġie skopert minn Henry Cavendish fl-1771, iżda għadu ma ġiex ippubblikat. Il-liġi ġiet skoperta b'mod indipendenti fl-1785 minn Charles-Augustin de Coulomb, li ppubblikaha u issa hija magħrufa ħafna u ismu. [4] Iċ-ċellula elettrokimika [5] ivvintata minn Alessandro Volta fl-1799 għamlitha possibbli li jiġi ġġenerat kurrent kontinwu. Wara l-iskoperta ta 'din l-interazzjoni bejn il-kurrenti u l-kampi manjetiċi, magħrufa bħala l-interazzjoni elettromanjetika minn Hans Christianrsted fl-1820, dalwaqt sar ħafna progress. Huwa ħa André-Marie Ampère biss ftit ġimgħat biex tiżviluppa l-ewwel formula għall-interazzjoni elettromanjetika u biex tipproponi l-liġi tal-forza ta 'Ampère, li tiddeskrivi l-interazzjoni tal-kurrent elettriku u l-kamp manjetiku. forza mekkanika. Fl-1821, Michael Faraday wera l-effetti tal-moviment rotazzjonali għall-ewwel darba. Wajer li jiddendel b'xejn ġie mgħaddas f'banju tal-merkurju fejn tpoġġiet kalamita permanenti (PM). Meta l-kurrent jgħaddi mill-wajer, il-wajer idur madwar il-kalamita, li jindika li l-kurrent joħloq kamp manjetiku ċirkolari strett madwar il-wajer. [7] Muturi bħal dawn huma ġeneralment murija f'esperimenti fiżiċi, li jissostitwixxu l-ilma mielaħ għall-merkurju (tossiku). Ir-roti ta 'Barlow kienu titjib bikri fuq dik id-dimostrazzjoni ta' Faraday, għalkemm dawn u muturi omopolari simili ma kinux adattati għall-użu prattiku sal-aħħar tas-seklu.
"Awto-Rotor Elettromanjetiku" minn Jedlik, 1827 (Mużew tal-Arti Applikata, Budapest). Muturi storiċi għadhom jaħdmu tajjeb illum.
James Joule juri lil Kelvin mutur elettriku fil-Mużew Hunterian fi Glasgow fl-1842
Fl-1827, il-fiżiku Ungeriż nyos Jedlik beda jesperimenta b'koljaturi elettromanjetiċi. Wara li Jedlik solviet il-problema teknika ta 'rotazzjoni kontinwa bl-invenzjoni tal-kommutatur, huwa sejjaħ l-apparat bikri tiegħu "awto-rotor elettromanjetiku." Għalkemm kienu użati biss għat-tagħlim, fl-1828 Jedrick wera l-ewwel apparat li fih it-tliet komponenti ewlenin ta 'mutur DC prattiku: l-istator, rotor u commutator. L-apparat ma jużax kalamiti permanenti minħabba li l-kampijiet manjetiċi tal-komponenti stazzjonarji u li jduru huma ġġenerati biss mill-kurrent li jgħaddi mill-koljaturi tagħhom.
Mutur DC
Ix-xjenzat Brittaniku William Sturgeon ivvinta l-ewwel mutur DC kommutatur li kapaċi jdur makkinarju fl-1832. Wara x-xogħol ta 'Sturgeon, l-inventur Amerikan Thomas Davenport bena mutur DC tat-tip commutator, li huwa privattiva fl-1837. Il-mutur jaħdem b'600 dawra kull minuta u s-setgħat. l-għodda tal-enerġija u l-istampa tal-istampar. Minħabba l-ispiża għolja tal-batteriji primarji, il-mutur elettriku ma kienx suċċess kummerċjali, u Davenport fallut. Diversi inventuri segwew lil Sturgeon biex jiżviluppaw muturi DC, iżda kollha daħlu fl-istess kwistjoni tal-ispiża tal-batterija. Bl-ebda sistema ta 'distribuzzjoni tal-enerġija disponibbli dak iż-żmien, ma kien hemm l-ebda suq kummerċjali attwali għal dawn il-muturi.
Wara ħafna tentattivi oħra ta 'ftit jew inqas suċċess b'apparat li jdur u li jirreċiproka relattivament dgħajfa, il-Prussian Moritz von Jacobi ħoloq l-ewwel mutur elettriku li jdur reali f'Mejju 1834. Jipproduċi output mekkaniku straordinarju. Il-mutur tiegħu stabbilixxa rekord dinji, li Jacobi tejjeb erba' snin wara f'Settembru 1838. It-tieni moto tiegħu kienet b'saħħitha biżżejjed biex issuq 14-dgħajsa ta' persuna fuq xmara wiesgħa. Ukoll fl-1839/40, żviluppaturi oħra rnexxielhom jagħmlu muturi ta 'prestazzjoni simili, imbagħad ogħla.
Fl-1855, Jedlik bena apparat li kapaċi jagħmel xogħol utli billi juża prinċipji simili għal dawk użati mill-ispin-wing elettromanjetiku tiegħu. Dik l-istess sena, bena mudell ta’ karozza elettrika.
Punt ta' bidla maġġuri wasal fl-1864, meta Antonio Pacinotti ddeskriva l-ewwel armatura torojdali (għalkemm oriġinarjament kienet maħsuba f'ġeneratur DC (jiġifieri, ġeneratur)). Din il-karatteristika għandha kojls miġbura simmetrikament li huma magħluqa ma 'xulxin u konnessi mal-vireg ta' kommutatur li x-xkupilji tiegħu jipprovdu kurrent kważi li ma jvarjax. L-ewwel muturi DC ta 'suċċess kummerċjalment segwew l-iżvilupp ta' Zénobe Gramme, li fl-1871 ivvinta mill-ġdid id-disinn ta 'Pacinotti u adotta xi wħud mis-soluzzjonijiet ta' Werner Siemens.
Il-benefiċċji għall-mutur DC joħorġu mir-riversibbiltà tal-mutur, li tħabbret minn Siemens fl-1867 u skoperta permezz tal-osservazzjonijiet ta 'Pacinotti waslet għall-1869 meta Graham aċċidentalment ipprova dan, fil-Fiera Dinjija ta' Vjenna tal-1873, meta poġġa ż-żewġ Kull wieħed minn dawn l-apparat DC huwa fi ħdan 2 km minn xulxin, bl-użu wieħed minnhom bħala ġeneratur u l-ieħor bħala mutur elettriku.
Ir-rotor tanbur ġie introdott fl-1872 minn Friedrich von Hefner-Alteneck ta 'Siemens u Halske biex jissostitwixxi l-armatura taċ-ċirku ta' Pacinotti, u b'hekk tiżdied l-effiċjenza tal-magna. [6] Rotors laminati ġew introdotti s-sena ta 'wara minn Siemens & Halske, li rriżultaw f'telf ta' ħadid imnaqqas u vultaġġi indotti ogħla. Fl-1880, Jonas Wenstrm ipprovda lir-rotor bi slots biex jakkomoda l-koljaturi, u jkompli jtejjeb l-effiċjenza.
Fl-1886, Frank Julian Sprague vvinta l-ewwel mutur prattiku DC, apparat bla sparkless li żamm veloċità relattivament kostanti taħt tagħbijiet varjabbli. Madwar dan iż-żmien, l-invenzjonijiet elettriċi l-oħra ta 'Sprague tejbu ħafna l-prestazzjoni tad-distribuzzjoni tal-enerġija tal-grilja (xogħol li sar qabel il-mandat ta' Thomas Edison), li ppermettiet li l-enerġija minn muturi elettriċi terġa 'lura għall-grilja, permezz ta' Wires overhead u arbli tat-tròli jħaddmu t-trolleys u jipprovdu l- sistema ta 'kontroll għal tħaddim elettriku. Dan wassal lil Sprague biex jivvinta l-ewwel sistema tat-tròli elettriċi bl-użu ta 'muturi elettriċi f'Richmond, Virginia fl-1887–88, lift elettriku u sistema ta' kontroll fl-1892, u subway elettriku b'karozzi kkontrollati ċentralment li jaħdmu b'mod indipendenti. Dan tal-aħħar ġie installat għall-ewwel darba f'Chicago fl-1892 mis-South Side Elevated Railroad, fejn kien magħruf b'mod kolokwali bħala l-"L". Il-mutur elettriku ta 'Sprague u l-invenzjonijiet relatati tiegħu ġġeneraw interess u sabu użu mifrux f'muturi elettriċi industrijali. L-iżvilupp ta 'muturi elettriċi b'effiċjenza aċċettabbli ġie mdewwem għal għexieren ta' snin minħabba nuqqas li tiġi rikonoxxuta l-importanza kritika tad-distakk ta 'l-arja bejn ir-rotor u l-istator. Disinji effiċjenti għandhom spazji tal-arja relattivament żgħar. Għall-istess raġuni, il-karozza St. Louis, użata għal żmien twil fil-klassijiet biex turi l-prinċipji tal-moviment, hija estremament ineffiċjenti u ma tidhirx qisha karozza moderna.
Muturi elettriċi irrevoluzzjonaw l-industrija. Il-proċessi industrijali m'għadhomx limitati bit-trażmissjoni tal-enerġija bl-użu ta' xaftijiet, ċinturini, arja kkompressata jew idrawlika. Minflok, kull magna tista 'tkun mgħammra bis-sors ta' enerġija tagħha stess, li tista 'tiġi kkontrollata faċilment waqt li tkun qed tintuża u ttejjeb l-effiċjenza tat-trasferiment tal-enerġija. Muturi elettriċi użati fl-agrikoltura ineħħu l-qawwa tal-muskoli tal-bniedem u tal-annimali minn ħidmiet bħall-immaniġġjar tal-qamħ jew l-ippumpjar tal-ilma. L-użu ta 'muturi elettriċi fid-dar inaqqas ix-xogħol tqil fid-dar u jippermetti standards ogħla ta' konvenjenza, kumdità u sigurtà. Illum, il-muturi elettriċi jikkunsmaw aktar minn nofs l-elettriku prodott fl-Istati Uniti.
Mutur AC
Fl-1824, il-fiżiku Franċiż Franois Arago ippropona l-eżistenza ta 'kamp manjetiku li jdur, magħruf bħala r-rotazzjoni ta' Arago, billi jiftaħ u jagħlaq swiċċ manwalment, li Walter Baily wera fl-1879 bħala l-ewwel mutur ta 'induzzjoni primittiv. Matul l-1880s, ħafna inventuri ppruvaw jiżviluppaw muturi AC vijabbli [31], peress li l-vantaġġi ta 'muturi AC fit-trasmissjoni ta' vultaġġ għoli fuq distanzi twal kienu kkumpensati mill-inkapaċità li jaħdmu fuq muturi AC.
Fl-1885, Galileo Ferraris ivvinta l-ewwel mutur induzzjoni AC commutatorless. Ferraris tejjeb l-ewwel disinji tiegħu billi pproduċi unitajiet aktar avvanzati fl-1886. Fl-1888, l-Akkademja Rjali tax-Xjenzi f’Turin ippubblikat l-istudju dettaljat ta’ Ferraris dwar il-bażi għat-tħaddim ta’ muturi elettriċi, iżda dak iż-żmien ikkonkluda li “apparat ibbażat fuq dan il-prinċipju ma jistax ikun ta’ ebda sinifikat kummerċjali bħala mutur elettriku.”
L-iżvilupp industrijali possibbli kien maħsub minn Nikola Tesla, li vvinta l-mutur tal-induzzjoni waħdu tiegħu fl-1887 u pprivattiva f'Mejju 1888. Dik l-istess sena, Tesla ppreżenta d-dokument tiegħu dwar l-AIEE ta 'sistema ġdida għal muturi AC u transformers kif deskritt f' tliet privattivi ta 'żewġ fażijiet ta' tipi ta 'muturi ta' erba 'stator: wieħed b'rotor b'erba' arbli li jifforma mutur ta 'riluttanza li ma jibdax waħdu, u l-ieħor b'Ir-rotor tal-ferita jikkostitwixxi mutur tal-induzzjoni li jibda waħdu, u t-tielet tip huwa mutur sinkroniku veru, li rispettivament jipprovdi enerġija DC ta 'eċitazzjoni lill-koljaturi tar-rotor. Madankollu, privattiva ppreżentata minn Tesla fl-1887 iddeskriviet ukoll mutur ta 'induzzjoni ta' rotor ta 'ċirkwit qasir. George Westinghouse kien akkwista d-drittijiet mingħand Ferraris ($1,000) u immedjatament xtara l-privattivi ta’ Tesla ($60,000, flimkien ma’ $2.50 għal kull karozza horsepower mibjugħa sal-1897 mħallsa fl-2010),[32] impjega lil Tesla biex tiżviluppa l-mutur elettriku, u kkummissjona lil CF Scott biex jgħin lil Tesla; madankollu, Tesla telqet x'imkien ieħor fl-1889. [Ċitazzjonijiet eċċessivi] Instab li l-mutur tal-induzzjoni AC b'veloċità kostanti ma kienx adattat għal streetcars,[31] iżda l-inġiniera ta 'Westinghouse wettquha b'suċċess biex iħaddmu operazzjoni tal-minjieri f'Telluride, Colorado fl-1891. 53][54][55] Westinghouse rrealizza l-ewwel mutur prattiku ta 'induzzjoni tagħha fl-1892 u żviluppat familja ta' muturi ta 'induzzjoni polyphase 60 Hz fl-1893, iżda dawn il-muturi Westinghouse bikrija nbnew b'mutur b'żewġ fażijiet ta' rotors tal-feriti. BG Lamme sussegwentement żviluppa r-rotor tal-ferita tal-virga tal-għażil. [45]
Fil-promozzjoni qawwija tal-iżvilupp ta 'tliet fażijiet, Mikhail Dolivo-Dobrovolsky ivvinta l-mutur ta' induzzjoni bi tliet fażijiet fl-1889, li huwa kemm rotor iskojjattlu kif ukoll tip ta 'rotor tal-ferita b'varistor tal-bidu, u fl-1890 ivvinta t-transformer bi tliet driegħ. Bejn AEG u Maschinenfabrik Oerlikon, Doliwo-Dobrowolski u Charles Eugene Lancelot Brown żviluppaw mudelli akbar, gaġġa tal-iskojjattlu ta '20 hp u rotor tal-ferita ta' 100 hp b'varistor tal-bidu. Dawn kienu l-ewwel muturi asinkroniċi bi tliet fażijiet adattati għal tħaddim prattiku. Winstrom ilha tiżviluppa magni simili bi tliet fażijiet mill-1889. Fil-Wirja Elettroteknika Internazzjonali fi Frankfurt fl-1891, l-ewwel sistema ta 'tliet fażijiet fuq distanzi twal intweriet b'suċċess. Huwa stmat għal 15 kV u jifrex 175 km minn Laufen Falls fuq in-Neckar. Il-power station ta' Lauffen tikkonsisti f'alternator ta' 240 kW 86 V 40 Hz u transformer step-up, filwaqt li fil-wirja transformer step-down iħaddem mutur tal-induzzjoni bi tliet fażijiet ta' 100 hp li jħaddem kaskata artifiċjali, li tirrappreżenta it-trasferiment tat-transformer oriġinali. sors ta' enerġija. ] L-induzzjoni bi tliet fażijiet issa tintuża fil-maġġoranza l-kbira tal-applikazzjonijiet kummerċjali. Madankollu, huwa sostna li l-muturi elettriċi ta 'Tesla ma kinux prattiċi minħabba pulsazzjonijiet b'żewġ fażijiet, u wassluh biex iżomm max-xogħol bi tliet fażijiet tiegħu.
Fl-1891, GE bdiet tiżviluppa l-mutur mhux sinkroniku bi tliet fażijiet [45] sal-1896, GE u Westinghouse iffirmaw ftehim ta 'liċenzjar inkroċjat għad-disinn tar-rotor tal-bar-winding, aktar tard magħruf bħala r-rotor tal-gaġġa. It-titjib fil-mutur tal-induzzjoni ħareġ minn dawn l-invenzjonijiet u l-innovazzjonijiet, sabiex il-mutur tal-induzzjoni 100-horsepower issa għandu l-istess dimensjonijiet installati bħall-mutur 7.5-horsepower tal-1897.
komponenti
Rotor tal-mutur (xellug) u stator (lemin)
Rotor[editja]
Artikolu prinċipali: Rotor (elettriku)
F'mutur elettriku, il-parti li tiċċaqlaq hija r-rotor, li jdur ix-xaft biex jittrasmetti l-qawwa mekkanika. Ir-rotor tipikament fih kondutturi li jġorru kurrenti li jinteraġixxu mal-kamp manjetiku tal-istator biex toħloq forza li ddawwar ix-xaft. Alternattivament, xi rotors iġorru kalamiti permanenti, filwaqt li l-istators iżommu l-kondutturi.
li jkollhom
Ir-rotor huwa sostnut minn berings li jippermettu li r-rotor idur madwar l-assi tiegħu. Il-bearings huma mbagħad appoġġjati mill-housing tal-mutur. Ix-xaft tal-mutur jestendi permezz tal-bearing lejn barra tal-mutur, fejn tiġi applikata t-tagħbija. Minħabba li l-forza tat-tagħbija hija applikata barra l-effett ta 'barra, it-tagħbija hija sospiża. [59]
stator
Artikolu prinċipali: Stator
L-istator huwa l-parti fissa taċ-ċirkwit elettromanjetiku tal-mutur u ġeneralment jikkonsisti f'koljaturi jew kalamiti permanenti. Il-qalba tal-istator tikkonsisti f'ħafna folji tal-metall irqaq imsejħa laminazzjonijiet. Laminazzjonijiet jintużaw biex inaqqsu t-telf ta 'enerġija li jirriżulta li kieku tintuża qalba solida.
vojt fl-arja
Id-distanza bejn ir-rotor u l-istator tissejjaħ il-vojt ta 'l-arja. Il-lakuni ta 'l-arja għandhom impatt sinifikanti u ġeneralment ikunu żgħar kemm jista' jkun, peress li lakuni kbar ta 'l-arja jista' jkollhom impatt negattiv qawwi fuq il-prestazzjoni. Huwa s-sors ewlieni ta 'fattur ta' enerġija baxxa għat-tħaddim tal-mutur. Il-kurrent ta 'eċitazzjoni jiżdied hekk kif iż-żieda fl-arja. Għalhekk, il-vojt ta 'l-arja għandu jiġi minimizzat. Minbarra l-istorbju u t-telf, lakuni żgħar jistgħu wkoll jikkawżaw problemi mekkaniċi.
Rotor tal-arblu saljenti
Tkebbib[editja]
Artikolu prinċipali: Tkebbib
Tkebbib huwa wajer imqiegħed f'coil, ġeneralment imgeżwer madwar qalba ferromanjetika ratba laminata, biex jiffurmaw arbli meta jiġi enerġizzat.
Il-muturi jiġu f'żewġ konfigurazzjonijiet bażiċi tal-arbli tal-kamp: saljenti u mhux saljenti. F'magna tal-arbli saljenti, il-kamp manjetiku tal-arbli huwa maħluq mill-koljaturi mdawrin fuq l-arbli taħt l-uċuħ tal-arbli. F'magni tal-arblu mhux saljenti jew kamp distribwit jew rotor ċirkolari, il-koljaturi huma mqassma fi slots tal-wiċċ tal-arblu. [60] Mutur b'arblu sfumat għandu porzjon koljat ta 'arblu li jtardja l-fażi tal-kamp manjetiku ta' dak l-arblu.
Il-kondutturi ta 'xi muturi elettriċi jikkonsistu minn metall eħxen, bħal strixxi jew folji tal-metall, ġeneralment ram, jew aluminju. Dawn huma ġeneralment misjuqa minn induzzjoni elettromanjetika.
kommutatur
Artikolu prinċipali: Kommutatur (elettriku)
Mutur DC żgħir għall-ġugarelli u l-kommutatur tiegħu
Kommutatur huwa mekkaniżmu użat biex jaqleb l-input tal-biċċa l-kbira tal-muturi DC u xi muturi AC. Tikkonsisti f'segmenti ta 'slip ring iżolati minn xulxin u mix-xaft. Il-kurrent tal-armatura tal-mutur huwa fornut permezz ta 'pniezel stazzjonarji f'kuntatt mal-kommutatur li jdur, li jikkawża t-treġġigħ lura tal-kurrent meħtieġ u hekk kif ir-rotor idur minn arblu għal arbluPower il-mutur bl-aħjar mod possibbli. [61][62] Fin-nuqqas ta 'dan it-treġġigħ lura tal-kurrent, il-mutur se jieqaf. Induzzjoni kkommutata esternament u muturi kalamita permanenti qed jissostitwixxu muturi elettromekkaniċi kommutati, minħabba t-teknoloġija mtejba fl-oqsma ta 'kontrolluri elettroniċi, kontroll sensorless, muturi ta' induzzjoni, u muturi kalamita permanenti.
Provvista u Kontroll tal-Mutur
Qawwa tal-mutur
Kif imsemmi hawn fuq, muturi DC huma normalment fornuti minn kommutaturi slip ring. Il-kommutazzjoni tal-mutur AC tista 'tinkiseb bl-użu ta' commutator ta 'slip ring jew kommutazzjoni esterna, u tista' tkun ta 'tip ta' kontroll b'veloċità fissa jew varjabbli, u tista 'wkoll tkun tip sinkroniku jew mhux sinkroniku. Muturi elettriċi għal skopijiet ġenerali jistgħu jaħdmu jew AC jew DC.
kontroll tal-mutur
Billi taġġusta l-vultaġġ DC applikat għat-terminali, muturi DC jistgħu jaħdmu b'veloċitajiet varjabbli.
Muturi AC, normalment jaħdmu b'veloċità fissa, huma mħaddma jew direttament mill-grilja jew permezz ta 'starter artab bil-mutur.
Muturi AC li joperaw b'veloċità varjabbli huma mħaddma minn diversi invertituri tal-enerġija, drives ta 'frekwenza varjabbli jew teknoloġiji ta' commutator elettroniċi.
It-terminu kommutatur elettroniku ħafna drabi huwa assoċjat ma 'mutur DC mingħajr brushes ikkomutat waħdu u applikazzjonijiet ta' mutur ta 'riluttanza maqluba.
