История изобретения электродвигателя постоянного тока

На особой подставке были расположены  медные пластины, разделенные посередине изоляцией. К ним подводился ток от источника питания. Концы последовательной обмотки каждой пары электромагнитов имели пружинящие контакты. Взаимодействие электромагнитов и постоянных магнитов приводило электродвигатель в работу, причем полярность электромагнитов в соответствующие моменты изменялась при помощи мощи коммутатора.[4]

 

7 Новый двигатель Якоби 1838 г.

Двигатель Якоби конструкции 1838 г. представлял собой комбинацию 40 небольших электродвигателей, объединенных по 20 шт. на двух вертикальных валах, установленных в деревянной станине. Неподвижная часть каждого электродвигателя состояла из двух электромагнитов, изогнутых по дуге окружности и скрепленных между собой скобами из немагнитного материала; эти скобы привинчивались к деревянной станине. Каждый из таких электромагнитов занимал по длине четверть окружности кольца.

Подвижная часть отдельных электродвигателей  была составлена из четырех электромагнитов, расположенных крестообразно на специальной втулке. Для питания током обмоток электромагнитов на «электрическом боте» были установлены гальванические элементы.

Изменение направления тока в обмотках подвижных электромагнитов осуществлялось коммутаторами, аналогичными коммутатору  первого электродвигателя, описанному выше. Посредством конических шестерен вращение с вертикальных валов передавалось на горизонтальный, на котором укреплялись гребные колеса, расположенные по обоим бортам «электрического бота».

Знакомство с этой конструкцией электродвигателя показывает, что Б. С. Якоби пошел то пути механического соединения определенного числа элементарных машин. Эта работа Якоби отражала типичную для середины прошлого века тенденцию в развитии электрических машин, когда ученые, не найдя еще качественно новых решений, пытались удовлетворить потребности практики простым комбинированием большого числа существовавших машин.[4,6]

 

8 Технико-экономические характеристики первых электродвигателей

Испытания электродвигателей Якоби, установленного на боте обнаружили, что  при питании электродвигателей током от гальванических батарей механическая энергия получается чрезмерно дорогой; вследствие этого была признана крайняя неэкономичность электродвигателей - на данном этапе развития электротехники.

Необходимо отметить, что основным недостатком гальванических батарей является их малая энергоёмкость (т. е. малая мощность на единицу веса), вынуждавшая использовать очень большое число батарей, что для многих транспортных установок является неприемлемым. Так, например, на боте Якоби вначале было установлено 320 гальванических элементов.

 

9 Практическое применение первых двигателей

Произведенные опыты, а также теоретическое  исследование электрической машины привели Якоби к очень важному  для практики выводу: разрешение вопроса  о более или менее широком применении электродвигателей находится в прямой зависимости от удешевления электроэнергии, - т. е. от создания генератора тока более экономичного, чем гальванические батареи.

Однако и в тех условиях, когда  питание электродвигателей могло  осуществляться лишь при помощи гальванических элементов, на практике были случаи, когда выгоднее было устанавливать электродвигатель, чем агрегат для получения механической энергии от парового двигателя. Поэтому в 50-х и 60-х годах в некоторых отраслях производства электродвигатель иногда находил применение.

В качестве одного из примеров можно  указать типографии. В то время  большинство производственных операций в типографиях велось либо ручным способом, либо на машинах с ручным приводом. Появление крупных печатных машин потребовало привода от двигателя. Для одной крупной печатной машины, обычной для типографии того времени, работавшей к тому же периодически, а не в течение целого рабочего дня, проще было использовать электродвигатель.

В этих и аналогичных случаях  практики за рубежом имел некоторое распространение электродвигатель Французского электротехника П. Г. Фромана.[1,2]

10 Альтернативные конструкции электродвигателей

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 и 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.

11 Электродвигатель Пачинотти

Третий этап в развитии электродвигателей  характеризовался разработкой конструкций  электродвигателей с кольцевым неявнополюсным якорем и практически постоянным вращающим моментом. Первый шаг в этом принципиально новом направлении был сделан итальянским ученым, впоследствии профессором физики Болонского и Пизанского университетов Антонио Пачинотти.

Электродвигатель Пачинотти (1860 г.) (Рис.2) состоял из якоря кольцеобразной формы, вращавшегося в магнитном поле электромагнитов. 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.

Рис.2. Модель электродвигателя Пачинотти 

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 попрежнему не было еще экономичного генератора электрической энергии.

Идея кольцевого якоря была возрождена примерно через 10 лет. 3. Т. Граммом в конструкции электромашинного генератора.[6]  

 

 

 

 

 

 

12 Описание работы и их использование

Двигатели постоянного тока используются в прецизионных приводах, требующих  плавного регулирования частоты  вращения в широком диапазоне.

Свойства двигателя постоянного  тока, так же как и генераторов, определяются способом возбуждения  и схемой включения обмоток возбуждения. По способу возбуждения можно разделить двигатели постоянного тока на двигатели с электромагнитным и магнитоэлектрическим возбуждением.

Двигатели с электромагнитным возбуждением подразделяются на двигатели с параллельным, последовательным, смешанным и независимым возбуждением.

Электрические машины постоянного  тока обратимы, то есть, возможна их работа в качестве двигателей или генераторов.

Например, если в системе управления с использованием генератора в обратной связи отсоединить генератор от первичного двигателя и подвести напряжение к обмоткам якоря и возбуждения, то якорь начнет вращаться и машина будет работать как двигатель постоянного тока, преобразуя электрическую энергию в механическую. Двигатели независимого возбуждения наиболее полно удовлетворяют основным требованиям к исполнительным двигателям самоторможение двигателя при снятии сигнала управления, широкий диапазон регулирования частоты вращения, линейность механических и регулировочных характеристик, устойчивость работы во всем диапазоне вращения.

Однако двигатели постоянного  тока имеют существенные недостатки, накладывающие ограничение на область  их применения малый срок службы щеточного  устройства из-за наличия скользящего  контакта между щетками и коллектором.[3]

 

 

 

 

 

Выводы:

Достоинства:

1 Простота устройства и управления

2 Практически линейные механическая и регулировочная характеристики двигателя

Недостатки:

1 Необходимость профилактического обслуживания коллекторно-щёточных узлов,

2 Ограниченный срок службы из-за износа коллектора.

Изобретение электродвигателя постоянного  тока-  это великий вклад многих ученых, в особенности Бориса Семеновича Якоби, в развитие горнозаводского  дела и промышленности всего мира. Создание этих двигателей ускорили промышленную революцию и развитие стран Европы В будущем на основе электродвигателей постоянного тока были созданы более совершенные электродвигатели переменного тока, которые используются в современные дни.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература:

1 Брускин Д.Э. и др. Электрические машины.– М.: Высшая школа, 1981.

2 Д.А. Белкинд, О. Н. Веселовский, И. Я. Конфедератов, Я. А. Шнейберг История энергетической техники.- М., Л.: Госэнергоиздат, 1960.

3 Основные виды промышленного оборудования, электрооборудования и приборов/Под ред. Ю.А. Новак, Э.И. Иваницкой. – М.: Высшая школа,1986.

4 Товароведение промышленного оборудования: Учебное пособие. Часть 2. 
Электрическое оборудование и приборы. – СПб : Изд-во СПбУЭФ, 1993.

5 Электротехнический справочник: в 3-х т. Т.2. Электротехнические устройства/под общ. ред. проф. МЭИ В.Г. Герасимова, П.Г. Грудинского, Л.А. 
Жукова и др. – 6-е изд.,испр. и доп. – М.:Энергоиздат, 1981.

6 Хадакевич  В.А. История развития электродвигателей.- М.: Госэнергоиздат, 1969.