Кто придумал электродвигатель: типы, устройство, принцип работы, параметры, производители

История изобретения электродвигателя | Великие открытия человечества

Давайте подвесим между полюсами неподвижного магнита проволочную петлю, через которую пропустим электрический ток. Мы увидим, что петля начнет отклоняться в сторону, чтобы выйти из магнитного поля. Именно это явление положено в основу всех электродвигателей. Главными частями электродвигателя являются: ротор и статор. Статор является неподвижной частью электродвигателя, служит магнитопроводом, в котором образуется магнитное поле. Подвижной вращающейся частью электродвигателя является ротор, на нем помещены витки провода, по которому пропускают электрический ток.

Майкл Фарадей

Двигатели, работающие от сети постоянного тока, являются двигателями постоянного тока. Двигатели, работающие от источника переменного тока, называются двигателями переменного тока. В результате проведенных экспериментов выдающийся английский физик Майкл Фарадей доказал, что при перемещении проводника в магнитном поле, можно создавать электрический ток индукционным методом. Так, в 1831 году было открыто явление электромагнитной индукции. Сразу же ученые и изобретатели нескольких стран взялись за разработку электродвигателя, пригодного для практики.

Первый электродвигатель постоянного тока Б.С. Якоби

Первыми были созданы электродвигатели постоянного тока, так как источники постоянного тока (батарея и гальванические элементы) были изобретены раньше. В 1834 году русским ученым Б. С. Якоби был создан первый электродвигатель, который состоял из двух частей — неподвижной и вращающейся. Благодаря изобретению был открыт принцип непрерывного вращательного движения. Мощность электродвигателя равнялась 15 Вт, источником тока были гальванические батареи. Однако практического применения электродвигатель не имел. В 1838 году Б. С. Якоби создал первый электродвигатель постоянного тока пригодный для практических целей. Мощность была увеличена за счет соединенных на одной плоскости 40 двигателей. Двигатель использовали для привода гребного вала лодки. 13 сентября 1838 года двигатель был установлен на лодке, в которой находилось 12 пассажиров. Испытания прошли весьма успешно. За 7 часов лодка проделала путь в 7 км со скоростью 2 км/ч. В сентябре 1839 года на катер с 14 пассажирами был установлен двигатель усовершенствованной конструкции, большей мощности, скорость которого составляла 4 км/ч. Двигатель Якоби стал самым надежным и мощным из всех конструкций, созданных на тот момент. К 70-м годам XIX столетия электродвигатель был полностью усовершенствован и сохранился в таком виде до наших дней.

Со временем в электродвигателях стали использовать электромагниты вместо постоянных магнитов, что позволило существенно увеличить мощность. Принцип работы электродвигателя постоянного тока заключается в следующем: к обмотке электромагнита подводят электрический ток, в результате между его полюсами возникает магнитное поле. Виток провода размещен на роторе. Когда к витку провода через коллектор подводится электрический ток, он начинает вращаться вместе с ротором. Особенностью таких электродвигателей является возможность регулировать частоту вращения ротора. Микроэлектродвигатели используют в электробритвах, системах автоматического регулирования, кофемолках и других приборах быта. Мощные электродвигатели используют для привода подъемных кранов, прокатных станков, на электрофицированном транспорте.

Трехфазный асинхронный электродвигатель

В 1889 году замечательный русский инженер-электротехник М. О. Доливо-Добровольский создал систему трехфазного тока и создал первый трехфазный двигатель переменного тока. Основными частями двигателя переменного тока также являются ротор и статор. В отличие от двигателей постоянного тока они не имеют коллектора, ток на обмотки ротора поступает через контактные кольца. В некоторых двигателях отсутствуют выводы на обмотках для подключения к току, а замкнуты между собой. Внешне ротор был похож на колесо в беличьей клетке и получил название беличьего колеса. Конструкция такого ротора дала возможность уменьшить магнитное и электрическое сопротивление и повысить эффективность работы, без принципиальных изменений она сохранилась до сегодняшних дней. Двигатели переменного тока существуют синхронные и асинхронные. У синхронного двигателя частота вращения магнитного поля, производимая обмотками статора, синхронна с частотой вращения ротора. В асинхронных двигателях частота вращения ротора отстает от частоты вращения магнитного поля статора. Наиболее просты и надежны асинхронные двигатели. Они получили широкое распространение.

кто, где и когда придумал электромобиль?

Наверное, многие удивятся, когда узнают, что история электромобиля берёт своё начало еще с 1830-х годов. Мало кто знает, что первый электромобиль появился почти на полвека раньше, чем первый обычный автомобиль. Мало того, поначалу, на заре автомобилестроения электромобили были даже более распространены, чем бензиновые транспортные средства. Впрочем, это не так уж и удивительно, поскольку устройство электродвигателя намного проще, чем любого вида двигателей внутреннего сгорания.

Содержание статьи

• С чего началась история электромобилей?
• Первые электромобили и первые рекорды
• Электромобильные гиганты конца XIX – начала XX века
• Почему электромобили были лучше бензиновых?
• Завершение эры электромобилей в XX и воскрешение в XXI веке

С чего началась история электромобилей?

Развитие автомобилей на электротяге началось с того, что Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, чем озадачил всех инженеров и изобретателей, которые принялись искать, как же можно его применить на практике.

Под понятием «электромобиль» мы имеем в виду такое транспортное средство, в котором крутящий момент на приводную ось создаёт электричество, получаемое традиционно от химического источника тока, а в современных разработках дополнительно – от солнечного излучения либо от рекуперации кинетической энергии во время торможения.

Венгр Аньос Джедлик в 1828 году приделал электродвигатель к тележке размером со скейтборд. В 1834 году российский изобретатель Б. Якоби создал первый в мире пригодный к практическому применению электродвигатель принципиально новой конструкции (с вращающимся якорем) – он создавал крутящий момент, который было проще преобразовывать в другие виды движения, чем возвратно-поступательное, которое создавали предшествующие электродвигатели.

Первые пробы создания экипажей, приводимых в движение электромоторами, начались в 1859 году, после изобретения свинцового аккумулятора. Первые попытки создания транспорта на электричестве предпринял известный англичанин Томас Паркер, пытавшийся применить его для локомотивов лондонского метро и трамваев. Позднее он занялся изобретением автономного электрического транспортного средства, не требующего контактных проводов.

Первые электромобили и первые рекорды

Имя первого изобретателя электромобиля точно никто не знает, но известно, что шотландец Роберт Андерсон, американец Томас Девенпорт и англичанин Роберт Девидсон приблизительно в один и тот же период времени представили миру свои электрические конструкции. Эти безлошадиные электрические экипажи отличались огромным весом, малой скоростью передвижения, не превышающей и 4 км/час, и неособенной практичностью. Главная проблема заключалась в отсутствии подзаряжаемых аккумуляторов, которые бы отличались сравнительно небольшими размерами, позволяющими заряжать электромобили. История их развития продолжилась после того, как в 1865 году французом Гастоном Планте был представлен прообраз современного аккумулятора. Позднее (1878 г.) его усовершенствовал Камилл Фор. Подобные аккумуляторы стали наиболее распространёнными и до сих пор используются в транспортных средствах для запуска двигателей.

В США в 1888 году изобрели трёхколёсный электромобиль с 10 свинцово-кислотными аккумуляторами, весящими примерно 40 кг. Конструкция могла развивать скорость до 8 миль в час при мощности двигателя в 0,5 л. с. Пожалуй, её можно было назвать, скорее, трёхколёсным электровелосипедом.

В 1889 году инженер Ипполит Романов создал первый русский электромобиль на две персоны. Он имел передний привод, причём пассажиры также располагались впереди экипажа, в то время как водитель сидел сзади и возвышался над ними на высоком сиденье. Отсек с аккумуляторами находился позади салона, а сами они были легче аналогов, благодаря чему вес автомобиля удалось снизить до 720 кг.

Для сравнения – популярный в те годы «Жанто» (Франция) весил ровно вдвое больше. Он мог разогнаться до 35 км/ч, однако, проехать мог примерно с километр. Каждый двигатель при 1800 оборотах давал мощность 6 л. с.

Чуть позднее, в 1890 году американец У. Моррисон представил публике 6-местный фургон, который мог разгоняться до 23 км/ч.

Первым, кто решился опробовать электрические самодвижущиеся повозки, стал граф Гастон де Шаслу-Лоба – французский автогонщик. Он же и установил первый скоростной рекорд, зарегистрированный официально в 1898 году. Тогда его автомобиль разогнался до невероятных 63 километров в час.

Через 4 месяца этот рекорд был улучшен другой маркой электромобиля «Le Jamais Contende», причём он сразу же перевалил за знаковые 100 км/ч и составил 105 км/ч. Это удалось бельгийцу Камилю Женатци, который управлял экипажем собственной конструкции с обтекающими контурами. Чтобы поставить рекорд, инженер поставил в машину два электромотора, дававшие в сумме 67 л. с.

Новый вид транспорта быстро приглянулся бизнесменам, поэтому уже в 1898 году по улицам Берлина, Лондона, Парижа и Нью-Йорка уже бегали электрические таксомоторы. Их заряжали в специальных комнатах.

Электромобильные гиганты конца XIX – начала XX века

С 1899 года к выпуску электромобилей приступила компания «Woods» из США. Вначале в Чикаго был представлен двухместный автомобиль скромных размеров «Electric Buggy».

А в 1905 году уже можно было полюбоваться роскошным «Woods Victoria», который представлял собой карету, снабжённую парой 2,5-сильных электродвигателей, модель могла разгоняться до 30 км/с.

Ещё через 10 лет был предложен первый гибрид «Dual Power», который разгонялся со старта до 24 км/ч на электрической тяге, а после этого включался 27-сильный бензиновый двигатель, который доводил скорость машины до 56 км/ч. Подобных гибридов, стоящих 2 700 долларов, выпустили порядка 600 штук за три последующих года.

Легендарный Фердинанд Порше также начинал свою карьеру именно с электромобилей. В 1900 году на Парижском автосалоне им была представлена уникальная модель «Lohner-Porsche», на передней оси которого стояла пара электромоторов мощностью 3,5 л. с. каждый. Экипаж был способен разгоняться до 50 км/ч, а ресурс автономного пробега составлял 50 километров.

Позднее Порше специально для британского автогонщика Харта изготовил автомобиль, имевший отдельный электродвигатель в каждом колесе, таким образом, он оказался первым в мире полноприводным автомобилем.

Таланту Порше принадлежит и первый в мире гибридный автомобиль «Semper Vivus», в котором вместо привычных аккумуляторов был установлен 4-цилиндровый бензиновый двигатель, который и вырабатывал электричество.

На рубеже XIX-XX веков скорость и запас хода у электромобилей и машин с бензиновыми двигателями находились примерно на одном уровне. Однако были некоторые сложности с подзарядкой аккумуляторов: их нельзя было просто подключить к розетке, чтобы через несколько часов они оказались заряженными. Поскольку в сети поддерживается переменный ток, то требовался ещё выпрямитель тока – в сеть включался электродвигатель переменного тока, который вращал вал генератора постоянного тока, а уже к последнему и подключались аккумуляторные батареи. Но даже такие технические сложности не помешали быстрому распространению электрических такси, которых к 1910 году по Нью-Йорку бегало уже около 70 тысяч.

Прогресс электромобилей продолжался. Например, в 1900 году на долю электрических автомобилей приходилось 28% всех самодвижущихся транспортных средств. В 1912 году было зарегистрировано 33,8 тысяч новых электромобилей, в то время как бензиновых – только 19,5 тысяч. К подобным объёмам выпуска электромобилей мир смог вернуться только через 100 лет.

Видео об истории создания и развития электромобилей:

Особенно отличилась в производстве электромобилей основанная в 1907 году компания «Detroit Electric». К разработке её моделей приложил свой талант сам Томас Эдисон, он изобрёл никелевую батарею, которая подняла ресурс пробега машины до 80 км без подзарядки. Правда, максимальная скорость авто была невысока – всего 39 км/ч, однако, этого вполне хватало для городских условий. Компания предлагала клиентам несколько кузовов на выбор.

Сам Эдисон разъезжал на купе «Detroit Electric», а следом за ним на подобные же экземпляры сели генерал Эйзенхауэр (ставший позднее президентом США) и сам Джон Рокфеллер. Жена Генри Форда, пренебрегая патриотизмом, некоторое время предпочитала пользоваться этой же маркой.

Позднее, в 1948 году в СССР был построен электромобиль НАМИ-751 с грузоподъёмностью в 1,5 т, который использовали для перевозки почты.

Почему электромобили были лучше бензиновых?

В 80-х годах 19 века начался бум электромобилестроения, вызванный созданием сравнительно лёгких, а главное, достаточно ёмких и подзаряжаемых аккумуляторов. Это время многие называют «золотым веком» электромобилей. В те времена двигатели внутреннего сгорания считались малоперспективными. Средние электромобили тех лет могли развивать скорость до 3 км/час, а одной подзарядки батареи хватало на целый день. К тому же электромоторы заводились практически без проблем, не требовали переключения передач и работали довольно тихо.

Полной противоположностью в то время был автомобиль. Его мотор грохотал, капризничал, выпускал огромные облака гари, которые к тому же имели отвратительный бензиновый запах. Запускались такие автомобили вручную, а для их управления требовалось переключать передачи, поэтому они не пользовались спросом у покупателей в то время.

Первое время электромобили прекрасно конкурировали с двигателями внутреннего сгорания:

• Работали тише, были мощнее, не отравляли выхлопами воздух.
• Их эксплуатация также обходилась дешевле.
• Их было намного проще заводить, ведь бензиновые двигатели той поры заводились с помощью большой заводной рукоятки и приличных усилий.
• Упрощалось и обслуживание электродвигателей: ни масла не нужно заменять, ни фильтров, ни свечей зажигания – а ведь это приходилось делать самим автомобилистам, поскольку сеть автосервисов тогда ещё не сформировалась.

Электродвигатели с первых же оборотов обеспечивали хорошую тягу, поэтому не требовали многоступенчатой, сложной трансмиссии. Примерно в то же время в Европе и Америке началась массовая электрификация, поэтому даже представители среднего класса могли не испытывать нужду с подзарядкой своих аккумуляторов. Уже в то время предлагалась бесплатная замена аккумуляторов.

Завершение эры электромобилей в XX и воскрешение в XXI веке

В 20-х годах ситуация кардинально поменялась, когда все заметней стал проявляться главный недостаток электромобилей – недостаточный запас хода. В США, Германии и Италии в эти годы массово создавалась сеть автодорог, благодаря которым открылась возможность дальних путешествий. Вот для них больше всего и подходили автомобили с двигателями внутреннего сгорания. Поэтому их стали больше развивать и совершенствовать: для комфортного запуска появился электрический стартер, двигатели стали работать надёжнее и тише. А благодаря конвейерному способу изготовления удалось значительно понизить себестоимость автомобилей и резко увеличить их производство. Поскольку бензин в те годы стоил очень дёшево, то о его расходе никто не задумывался, тем более никого не волновала окружающая среда.

Фактически стремительно развивающаяся история создания электромобилей завершилась к 1930 году — к этому времени их практически прекратили производить.

До начала 1990 годов о них вовсе не вспоминали, пока не возникла острая проблема, связанная с необходимостью охраны окружающей среды. К тому же стало понятно, что запасы нефти не безграничны. Поэтому некоторые компании начали выпускать электрические транспортные средства. Первый современный серийный автомобиль GM EV1 был выпущен в США в 1996 — 2003 годах.

Ещё один занятный факт – электромобили стали единственными средствами передвижения, которые смогли покинуть Землю и работать на других небесных телах. Все виды советских, американских и китайских луноходов и марсоходов по вполне понятным причинам имеют исключительно электрический привод, а источником энергии для них стали солнечные батареи.

А Вы знали, что история электромобилей такая долгая? Как Вы относитесь к электрокарам? Считаете ли Вы, что за ними будущее? Поделитесь своим мнением .

1801 год — двигатель внутреннего сгорания Лебона — История — EADaily

26 августа 1801 года французский инженер профессор механики в Школе мостов и дорог в Париже Филипп Лебон оформил патент на конструкцию газового двигателя. Движущая сила возникала после взрыва газовоздушной смеси внутри рабочего цилиндра — у человечества появился двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

Поиск альтернативы тепловым (паровым) машинам начался фактически сразу после их появления. К этому подталкивала сама их несовершенная конструкция. С одной стороны, они обладали большими габаритами и массой из-за применения внешнего оборудования для обеспечения сгорания топлива и поддержания давления пара.

А с другой — функциональная часть паровой машины (поршень и цилиндр) сравнительно невелика. Данное противоречие постоянно побуждало мысль изобретателей к поиску возможности совмещения процесса сгорания топлива с рабочим телом двигателя. Всех перспектив такого прорыва разум человека конца XVIII века представить не мог, но было ясно, что решение проблемы позволит значительно уменьшить габариты и вес двигателя и интенсифицировать процессы впуска и выпуска рабочего тела.

Однако, чтобы такое стало осуществимым, сначала нужно было решить вопрос с подходящим топливом. Без этого любой прогресс в области ДВС просто невозможен. Именно топливо определяет устройство двигателя, его габариты и характеристики, да и саму возможность его создания. И первым таким топливом стал светильный газ.

Он был открыт французским инженером Филиппом Лебоном (1769−1804), который в 1799 году получил патент на использование и способ получения этого газа путём сухой перегонки древесины или угля. Данное открытие имело огромное значение, прежде всего для развития техники освещения. Очень скоро во Франции, а потом и в других странах Европы газовые лампы стали успешно конкурировать с дорогостоящими свечами.

Однако вскоре Лебон понял, что его светильный газ можно использовать не только для освещения. Изобретателю пришла в голову мысль взяться за конструирование двигателя, способного заменить паровую машину. Основным требованием к конструкции такого агрегата было сгорание топлива не во внешней топке, а непосредственно в цилиндре двигателя.

Через два года работа Лебона, который к тому времени получил звание профессора механики в парижской Школе мостов и дорог, дала результат. 26 августа 1801 года он оформил патент на конструкцию своего газового двигателя. Принцип действия этой машины основывался на уже известном свойстве открытого им газа: его смесь с воздухом взрывалась при воспламенении с выделением большого количества теплоты.

Продукты горения стремительно расширялись, оказывая сильное давление на окружающую среду. Для полезного использования этого явления в двигателе Лебона были предусмотрены два компрессора и камера смешивания. Один компрессор должен был накачивать в камеру сжатый воздух, а другой — сжатый светильный газ из газогенератора.

Газовоздушная смесь поступала потом в рабочий цилиндр, где воспламенялась. Двигатель был двойного действия, то есть попеременно действовавшие рабочие камеры находились по обе стороны поршня. Таким образом, в руках 32-летнего французского профессора оказалась хоть и несовершенная, но вполне действующая первая в истории модель двухтактного ДВС.

Если бы провидение подарило этому талантливому изобретательному французскому инженеру долгую жизнь, то вполне вероятно, что человечество значительно раньше пересело бы из конных экипажей в автомобили и поднялось в воздух на первых аэропланах. Однако Лебону было не суждено продолжить работы по усовершенствованию своего творения — в 1804 году он был убит.

Работы над двигателем, работающим на светильном газе, продолжил бельгийский механик Жан Этьен Ленуар. Он значительно усовершенствовал конструкцию и первым применил электрическую искру для воспламенения газовоздушной смеси внутри рабочего цилиндра. Также он первым снабдил свой двигатель водяной системой охлаждения и применил систему смазки. Двигатель Ленуара, который окончательно был сконструирован в 1860 году, имел мощность около 12 л. с. с КПД около 3,3%.

Первый работоспособный бензиновый двигатель появился только через двадцать лет. Вероятно, первым его изобретателем можно считать русского конструктора Огнеслава Костовича, предоставившего работающий прототип бензинового двигателя в 1880 году. Однако его открытие до сих пор остается слабо освещенным.

В Европе в создание бензиновых двигателей наибольший вклад внес немецкий инженер Готлиб Даймлер. В 1882 году он и его друг Вильгельм Майбах приобрели небольшую мастерскую близ Штутгарта и начали работать над своим проектом. В 1883 году ими был создан первый калильный бензиновый двигатель с зажиганием от раскалённой трубочки, вставляемой в цилиндр.

Первая модель бензинового двигателя предназначалась для промышленной стационарной установки. А в 1885 году Даймлер и Майбах разработали лёгкий бензиновый карбюраторный двигатель. Они использовали его для создания первого мотоцикла в 1885-м, а в 1886 году — на первом автомобиле. Человечество вступило в новую эру.

Также в этот день:

1789 год — Декларация прав человека и гражданина

1382 год — хан Тохтамыш сжег Москву

1346 год — битва при Креси (Столетняя война)

Электродвигатели, история изобретения | Онлайн журнал электрика

Асинхронный электродвигатель, электронная асинхронная машина для преобразования электронной энергии в механическую. Механизм работы асинхронного электродвигателя основан на содействии вращающегося магнитного поля, возникающего при прохождении трехфазного переменного тока по обмоткам статора, с током, индуктированным полем статора в обмотках ротора, в итоге чего появляются механические усилия, заставляющие ротор крутиться в сторону вращения
магнитного поля при условии, что частота вращения ротора n меньше частоты вращения поля n₁ .Т. о., ротор совершает асинхронное вращение по отношению к полю. Впервые явление, нареченное магнетизмом вращения, показал французский физик Д. Ф. Арагон (1824). Он показал, что укрепленный на вертикальной оси медный диск начинает крутиться, если крутить над ним неизменный магнит. Спустя 55 лет, 28 июня 1879, британский ученый У. Бейли получил вращение магнитного поля последовательным подключением обмоток 4 стержневых электромагнитов к источнику неизменного тока. В работах М. Депре (Франция, 1880—1883), И. Томсона (США, 1887) и др. описываются устройства, основанные также на свойствах вращающегося магнитного поля. Но серьезное научное изложение сути этого явления в первый раз, фактически сразу и независимо друг от друга, было дано в 1888 итальянским физиком Г. Феррарисом и хорватским инженером и ученым Н. Тесла.

Двухфазный асинхронный электродвигатель. был придуман Н. Тесла в 1887 (британский патент № 6481), общественное сообщение об этом изобретении он сделал в 1888. Распространения этот тип асинхронного мотора не получил приемущественно из-за нехороших пусковых черт. В 1889 М. О. Доливо-Добровольский испытал сконструированный им 1-ый в мире трехфазный асинхронный движок, в каком применил ротор типа «беличье колесо» (германский патент № 51083), а обмотку статора расположил в пазах по всей окружности статора. В 1890 Доливо-Добровольский изобрел фазный ротор с кольцами и пусковыми устройствами (патенты британский № 20425 и германский № 75361). Через 2 года им была предложена конструкция ротора, нареченная «двойной беличьей клеткой», которую, но, стали обширно использовать только с 1898 благодаря работам французского инженера П. Бушеро, представившего асинхронный электродвигатель с таким ротором, как движок со особыми пусковыми чертами.

Благодаря собственной простоте устройства, надежности в эксплуатации движки такового типа являются самыми всераспространенными электронными машинами в мире.Фазные обмотки статора электродвигателя соединяются в звезду либо треугольник (зависимо от напряжения сети). Если в паспорте электродвигателя обозначено, что обмотки выполнены на напряжение 220/380 В, то при включении его в сеть с линейным напряжением 220 В обмотки соединяют в треугольник, а при включении в сеть 380 В – в звезду.

Схемы соединения обмоток статора трехфазного асинхронного мотора: а – в звезду, б – в треугольник, в – в звезду и треугольник на клеммном щитке электродвигателя

Схема включения асинхронного электродвигателя с фазным ротором: 1 – обмотка статора, 2 – обмотка ротора, 3 – контактные кольца, 4 – щетки, R – резисторы.
Для конфигурации направления вращения вала асинхронного мотора нужно поменять направление вращения магнитного поля статора. Для этого довольно поменять местами два всех провода, соединяющих обмотку статора с питающей сетью.

Закулисная сторона истории.

История сотворения мотора переменного тока, основанного на изобретении вращающегося магнитного поля, еще более драматична и даже детективна, как и всякая история реального изобретения. В статье, размещенной на веб-сайте все осталось за кадром.
Движки неизменного тока уже эксплуатировались на полную мощность. Концентрация промышленных объектов вдалеке от мест производства электроэнергии, добивалась ее передачи на все огромные и огромные расстояния. Но передача неизменного тока на такие расстояния вела к большущим потерям. Такая передача была бы целесообразна только при применении напряжения в 10-ки тыщ вольт.
Но получить такое напряжение в генераторах неизменного тока было нереально. Тогда пришли к идее передачи переменного тока с следующей его трансформацией.

Пользуясь, однофазовыми генераторами с механической коммутацией концов катушек ротора (коллектор, щетки) стали создавать переменный ток низкого напряжения, потом трансформаторами увеличивать его до хоть какой требуемой величины, передавать на расстояние высочайшим напряжением, а на месте употребления опять снижать до требуемого и использовать в токоприемниках. Но… опять появлялась неувязка выпрямления переменного тока в неизменный для использования в движках, что приводило фактически к таким же потерям, что и в линиях при передаче неизменного тока
Еще не было электродвигателей переменного тока. А ведь уже сначала 1880-х годов электроэнергия потреблялась приемущественно для силовых нужд. Электродвигатели неизменного тока для привода самых разных машин применялись все обширнее.
Сделать электродвигатель, который мог бы работать на токе без выпрямителей, стало основной задачей электротехники.
«В поисках новых путей всегда нужно обернуться вспять. Не было ли в истории электротехники чего-либо такового, что могло бы дать подсказку путь к созданию электродвигателя переменного тока?
Поиски в прошедшем увенчались фуррором. Вспомнили: еще в 1824 году Арагон показывал опыт, положивший начало огромному количеству плодотворных исследовательских работ. Идет речь о демонстрации «магнетизма вращения». Медный (не магнитный) диск увлекался вращающимся магнитом.
Появилась мысль, нельзя ли, заменив диск витками обмотки, а крутящийся магнит вращающимся магнитным полем, сделать электродвигатель переменного тока? Наверняка, можно, но как получить вращение магнитного поля?
В эти годы было предложено много разных методов внедрения переменного тока. Честный историк электротехники должен будет именовать имена разных физиков и инженеров, пытавшихся посреди 80-х годов сделать электродвигатели переменного тока. Он не забудет напомнить об опытах Бейли (1879 г.), Марселя Депре (1883 г), Бредли (1887 г.), о работах Венстрома, Хазельвандера и многих других. Предложения, непременно, были очень увлекательны, но ни одно из их не могло удовлетворить индустрия: электродвигатели их были или громоздки и неэкономичны, или сложны и ненадежны.» (Ржонсницкий Борис Николаевич. «Тесла» ЖЗЛ 1959)
Они все были основаны на механической коммутации обмоток электромагнитов, что было еще дороже и ненадежнее чем выпрямление.
Поиски решения конкретно этой задачки, создание вращающегося магнитного поля, начал Никола Тесла. Он шел своим методом, и предложил коренное решение появившейся трудности.
Еще в Будапеште весной 1882 года Тесла ясно представил для себя, что если любым образом выполнить питание обмоток магнитных полюсов электродвигателя 2-мя разными переменными токами, отличающимися друг от друга только сдвигом по фазе, то чередование этих токов вызовет переменное образование северного и южного полюсов либо вращение магнитного поля. Крутящееся магнитное поле должно увлечь и обмотку ротора машины.

Тесла первым, еще в 1882 году независимо ни от кого, выстроил источник двухфазного тока (двухфазный генератор, синусоидального тока со сдвигом фаз 900) и таковой же двухфазный электродвигатель, уложив его статорные обмотки так, чтоб создавалось крутящееся магнитное поле и тем выполнил свою идею независимо, и без помощи других, и в первый раз. В этом конкретно и заключается создание мотора переменного тока.
Тогда он еще, так же как и никто в мире, не имел представления о паразитных токах взаимоиндукции и его пара «генератор-двигатель» с цельнометаллическими статором и ротором очень перегревалась. Но это был тот главный и отчаянный рывок в электротехнике, описанный им в патенте № 6481за 1887год, где Тесла на теоретическом уровне рассмотрев все вероятные случаи сдвига фаз, тормознул на сдвиге в 90°, другими словами на двухфазном токе, но обрисовал возможность внедрения вращающегося поля и для многофазных систем. На базе этого описания потом и работал Доливо-Добровольский над собственной трехфазной системой
«Но Тесла не был единственным ученым, вспомнившим об опыте Араго и нашедшим решение принципиальной трудности. В те же годы исследовательскими работами в области переменных токов занимался итальянский физик Галилее Феррарис, представитель Италии на многих интернациональных конгрессах электриков (1881 и 1882 годы в Париже, 1883 год в Вене и другие). Подготавливая лекции по оптике, он пришел к мысли о способности постановки опыта, демонстрирующего характеристики световых волн. Для этого Феррарис укрепил на узкой нити медный цилиндр, на который действовали два магнитных поля, сдвинутых под углом в 90°. При включении тока в катушки, попеременно создающие магнитные поля то в одной, то в другой из их, (снова же при помощи механической коммутации обмоток этих катушек М.Н.) цилиндр под действием этих полей поворачивался и закручивал нить, в итоге чего подымался на некую величину ввысь. Устройство это отлично конструировало явление, известное под заглавием поляризации света.
Феррарис и не подразумевал использовать свою модель для каких-то электротехнических целей. Это был всего только лекционный прибор, остроумие которого заключалось в опытном применении электродинамического явления для демонстраций в области оптики.
Феррарис не ограничился этой моделью. Во 2-ой, более совершенной модели ему удалось добиться вращения цилиндра со скоростью до 900 об/мин. Но за определенными пределами, вроде бы ни увеличивалась в цепи сила тока, создававшего магнитные поля (другими словами, вроде бы ни увеличивалась затрачиваемая мощность), добиться роста числа оборотов не удавалось. Подсчеты проявили, что мощность 2-ой модели не превосходила 3 ватт.
Непременно, Феррарис, будучи не только лишь оптиком, да и электриком, не мог не осознавать значения сделанных им опытов. Но ему, по собственному его признанию, и в голову не приходило применить этот принцип к созданию электродвигателя переменного тока. Самое огромное, что он подразумевал, это использовать его для измерения силы тока, и даже начал конструировать таковой прибор.
18 марта 1888 года в Туринской Академии Феррарис сделал доклад «Электродинамическое вращение, произведенное при помощи переменных токов». В нем он поведал о собственных опытах и пробовал обосновать, что получение в таком приборе коэффициента полезного деяния выше 50 процентов нереально.
Феррарис был от всей души убежден, что, доказав нецелесообразность использования переменных магнитных полей для практических целей, он оказывает науке огромную услугу.
Доклад Феррариса обогнал сообщение Николы Тесла в Южноамериканском институте электроинженеров.
Но заявка, поданная для получения патента еще в октябре 1887 года, свидетельствует о бесспорном приоритете Тесла перед Феррарисом.» (Ржонсницкий.)
Но не это принципно! Принципно то, что Феррарис создавал крутящееся магнитное поле механической коммутацией концов катушек электромагнитов, а Тесла еще сделал и двухфазный генератор переменного тока и обрисовал его работу в собственном патенте за 1887 год. Однофазовые генераторы переменного тока уже издавна работали как и однофазовые же трансформаторы. Т.е. Тесла открыл само явление под заглавием «сдвиг фаз» и в первый раз уложил обмотки и генератора и мотора особым образом, заложив базы для сотворения многофазных систем.
«Что же касается публикации, то статья Феррариса, доступная для чтения всем электрикам мира, была размещена только в июне 1888 года, другими словами после обширно известного доклада Тесла.
На утверждение Феррариса, что работы по исследованию вращающегося магнитного поля начаты им в 1885 году, Тесла имел все основания сделать возражение, что он занимался этой неувязкой еще в Граце, решение ее отыскал в 1882 году, а в 1884 году в Страсбурге показывал действующую модель собственного мотора.
Но, естественно, дело не только лишь в приоритете. Непременно, оба ученых сделали одно и то же открытие независимо друг от друга: Феррарис не мог знать о патентной заявке Тесла, так же как и последний не мог знать о работах итальянского физика.» (Ржонсницкий)
Снова повторяю, принципное отличие открытия Николы Тесла от описания явления Галилео Феррариса и позднейших разработок Доливо-Добровольского, заключается в разработке им рабочей пары многофазного переменного тока «генератор-двигатель» и теоретического описания принципа их работы.
Сам Тесла с узкой издевкой признавал: «…доктор Феррарис не просто независимо пришел к этим же теоретическим результатам, ? даже его манера была фактически сходна с моей»
С таковой же узкой издевкой он, после пожара в собственной лаборатории 13 марта 1895 года стопроцентно уничтожившим его разработки, опубликовал «опровержение» в ответ на слухи о поджоге: «Я считаю Эдисона очень приличным человеком и огромным изобретателем, чтоб он мог быть заподозрен в настолько бесчестном поступке»
Дальше действия развивались еще больше драматично. В конце июля 1888 года Тесла продал все свои патенты 14 шт. на систему многофазных токов Джорджу Вестингаузу за смехотворную сумму в 1 млн. баксов, но с «дополнительным соглашением», – по 1 баксу за каждую лошадиную силу с внедрением этой системы. За пару лет эксплуатации системы Тесла, долг «Вестингауз Электрик Компани» ему превысил 12 млн. баксов и угрожал компании разорением. Т.е. обозначенные в статье «несовершенства» многофазной системы Тесла не мешали Вестингаузу получать колоссальные прибыли. А позже Тесла при выяснении отношений меж ним и лично Джорджем Вестингаузом, разорвал это «до соглашение», плюнув в лицо всей системе «неисполнимых обязательств».
Позже он еще, позже в 1915 году, отказался от Нобелевской премии, унизительно для него присужденной вместе с Томасом Альвой Эдисоном, которого он никогда не считал изобретателем, а только пробивным коммерсантом, основавшем тогда уже свою «Дженерал Электрик». Еще позже он отказался от золотой медали Эдисона Южноамериканского института электроинженеров. А позже, когда ему эту медаль все-же всучили, он, разрезав ее напополам, рассчитался в счет заработной платы с 2-мя своими сотрудниками.
Mikula

Читайте также: Льготы заслуженного строителя — полный перечень

Электродвигатель. Изобретение Б.С. Якоби

• Главная
• Подписка
• Новости партнеров
• Статьи
  • Машиностроение
  • Металлургия/металлообработка
  • Промышленное оборудование
  • Аддитивные технологии
  • Метрология
  • Инструменты
  • Нефть Газ Химия
  • Энергетика
  • Электротехника
  • Электроника
  • Экология
  • Строительство
  • Агропромышленный комплекс
  • Пищевая промышленность
  • Безопасность
  • Логистика
  • IT
  • Финансы
  • Медицина
  • Инновации
  • Услуги
  • Туризм
  • История/TV
• Видео журнал
• Аналитика
  • Россия
  • Казахстан
  • Беларусь
  • Украина
  • Дальнее зарубежье и СНГ
• Выставки
• Фото
• Дипломы
• Отзывы
• Реклама
• Контакты

Архив журналов в PDF

• Газета №3(10) 2020 год
• Газета №2(9) 2020 год
• Журнал №2(56) 2020 год
• Журнал №1(55) 2020 год
• Газета №1(8) 2020 год
• Журнал №6(54) 2019 год
• Журнал №5(53) 2019 год
• Журнал №5(53) 2019 год
• Журнал №4(52) 2019 год
• Газета№2(7) 2019 год
• Журнал №3(51) 2019 год
• Журнал №2(50) 2019 год
• Журнал №1(49) 2019 год
• Газета№1(6) 2019 год
• Журнал №5-6(47-48) 2018 год
• Газета №3(5) 2018 год
• Журнал №4(46) 2018 год
• Газета №2(4) 2018 год
• Журнал №3(45) 2018 год
• Журнал №2(44) 2018 год
• Журнал №1(43) 2018 год
• Газета №1(3) 2018 год
• Журнал №5-6 за 2017 год
• Газета №2 за 2017 год
• Журнал №4 (40) за 2017 год
• Газета №1 за 2017 год
• Журнал №3 (39) за 2017 год
• Журнал №2 (38) за 2017 год
• Журнал №1 (37) за 2017 год
• Журнал №6 (36) за 2016/2017 год
• Журнал №5 (35) за 2016 год
• Журнал №4 (34) за 2016 год
• Журнал №3 (33) за 2016 год
• Журнал №2 (32) за 2016 год
• Журнал №1 (31) за 2016 год
• Журнал №6 (30) за 2015 год
• Журнал №5 (29) за 2015 год
• Журнал №4 (28) за 2015 год
• Журнал №3 (27) за 2015 год
• Вкладыш к журналу №3(27)
• Журнал №2 (26) за 2015 год
• Журнал №1 (25) за 2015 год

• Главная
• Подписка
• Новости партнеров
• Статьи
  • Машиностроение
  • Металлургия/металлообработка
  • Промышленное оборудование
  • Аддитивные технологии
  • Метрология
  • Инструменты
  • Нефть Газ Химия
  • Энергетика
  • Электротехника
  • Электроника
  • Экология
  • Строительство
  • Агропромышленный комплекс
  • Пищевая промышленность
  • Безопасность
  • Логистика
  • IT
  • Финансы
  • Медицина
  • Инновации
  • Услуги
  • Туризм
  • История/TV
• Видео журнал
• Аналитика
  • Россия
  • Казахстан
  • Беларусь
  • Украина
  • Дальнее зарубежье и СНГ
• Выставки
• Фото
• Дипломы
• Отзывы
• Реклама
• Контакты

Институт

— История — Изобретение электродвигателя 1800-1854

KIT — Технологический институт Карлсруэimage / svg + xml Электротехнический институт (ETI)

• Дом
• Юридические документы
• Политика конфиденциальности
• Доступность
• Карта сайта
• КОМПЛЕКТ

• из

поиск

поиск

• Институт
  • Старт
  • Институт
  Институт
  • Наш профиль
  • Персонал
    • Старт
    • Институт
    • Персонал
    Персонал
    • Бывшие сотрудники
  • Навыки и оборудование
    Институт Навыки и оборудование
    Навыки и оборудование
    • Преобразователи
    • Стенды для испытания двигателей
    • Стенд для испытаний силовых полупроводников
  • История
    • Старт
    • Институт
    • История
    История
    • Изобретение электродвигателя 1800-1854
    • Изобретение электродвигателя 1856-1893
    • Первый настоящий электродвигатель Якоби
  • Коллоквиум
    • Старт
    • Институт
    • Коллоквиум
    Коллоквиум
    • Архив
  3 Исследование
  • Начало
  • Исследование
  Исследование
  • Электроприводы и силовая электроника
  • Гибридные электромобили
  • Силовые электронные системы
  • Системы хранения энергии
  • Проекты
    • Старт
    • Проекты
      Проекты
    • Предложения технологий
  • Обучение и преподавание
    • Начало
    • Обучение и преподавание
    Обучение и преподавание
    • Исследовательские проекты студентов
      • Начало
      • Обучение и преподавание
      • Исследовательские проекты студентов
      2 Исследования студентов
    2 Силовая электроника
  • Электрические машины
  • Системы накопления энергии
  • Control Engineering
• Forschungspraktikum

Публикации

• Start
• Публикации

Публикации

• Habilitationen

Объявление о работе

Стартовая страница

• Главная
• Юридические документы
• Политика конфиденциальности
• Доступность
• Карта сайта
• поиск

  поиск

Электротехнический институт (ETI)

• Стартовая страница
• Институт
• История
• Изобретение электродвигателя 1800-1854

Домашняя страница

• Институт
• Исследования
• Проекты
• Обучение и преподавание
• Публикации
• Объявления о вакансиях

Институт

• Наш профиль
• Персонал
• Навыки и оборудование
• История
• Как найти нас

История

Электромагнитный ротационный аппарат Майкла Фарадея (двигатель)

Этот простой на вид объект был создан Майклом Фарадеем в 1822 году.Его простота маскирует его истинное значение как первого выжившего электродвигателя.

В 1820 году Ганс Кристиан Эрстед объявил о своем открытии, согласно которому электрический ток, протекающий через провод, создает вокруг него магнитное поле. Андре-Мари Ампер продолжил и показал, что магнитная сила, по-видимому, была круговой, создавая, по сути, цилиндр магнетизма вокруг провода. Такой круговой силы раньше не наблюдалось.

Британский ученый-самоучка Майкл Фарадей (1791–1867) был первым, кто понял, что означают эти открытия.Если магнитный полюс может быть изолирован, он должен постоянно перемещаться по кругу вокруг токоведущего провода.

В 1821 году Фарадей попытался понять работу Эрстеда и Ампера, разработав свой собственный эксперимент с использованием небольшой ртутной ванны. Это устройство, преобразовывающее электрическую энергию в механическую, было первым электродвигателем.

Этот прибор — единственный сохранившийся оригинальный образец, сделанный Фарадеем на следующий год после его открытия в 1822 году.

Двигатель оснащен жестким проводом, который свешивается в стеклянный сосуд, на дне которого закреплен стержневой магнит.Тогда стеклянный сосуд будет частично заполнен ртутью (металл, который является жидким при комнатной температуре и является отличным проводником). Фарадей подключил свой аппарат к батарее, которая передавала электричество по проводу, создавая вокруг него магнитное поле. Это поле взаимодействовало с полем вокруг магнита и заставляло проволоку вращаться по часовой стрелке.

Это открытие привело Фарадея к размышлениям о природе электричества. В отличие от своих современников, он не был убежден, что электричество — это материальный флюид, который течет по проводам, как вода по трубе.Вместо этого он думал об этом как о вибрации или силе, которые каким-то образом передаются в результате напряжения, создаваемого в проводнике.

Исторический обзор двигателей с постоянными магнитами

В наши дни рынок двигателей наводнен двигателями с постоянными магнитами (PM). Темпы роста бесщеточных двигателей с постоянными магнитами, превышающие 100 процентов, являются нормой, а не просто удачей. Но привлекательные темпы роста двигателей с постоянными магнитами сегодня ожидались еще долго. Назовите это окольным маршрутом или историческим путешествием, но практическое применение двигателей с постоянными магнитами началось только через много десятилетий после изобретения первых электродвигателей.Первые электродвигатели, которые были не более чем лабораторными приспособлениями, использовали стержневые магниты. К сожалению, эти магниты были настолько плохого качества, что первые двигатели с постоянными магнитами были непрактичны для промышленного использования. Но это ограничение заставило многих изобретателей экспериментировать с магнитами разных размеров, форм, конфигураций и материалов, что в конечном итоге привело к созданию мощных и компактных магнитов, используемых сегодня в двигателях с постоянными магнитами.

Постоянные магниты: первые электродвигатели

Все первые изобретатели электрических вращающихся машин (позднее названных электродвигателями) использовали в своих конструкциях постоянные магниты.Но эти «машины» не были двигателями в том смысле, в каком мы их понимаем сегодня. Майкл Фарадей был одним из первых экспериментаторов в развивающейся области электричества и электромагнетизма. Он построил вращающуюся электрическую машину, которую обычно называют первым электродвигателем. Применяя идеи Ганса Христиана Эрстеда о «создании магнитного поля электрическим током», а также Уильяма Волластона, экспериментатора, который получил токопроводящую проволоку, вращающуюся вокруг оси с помощью магнита, Фарадей построил лабораторное устройство, которое преобразовало электрическая энергия в механическое (вращательное) движение.В этом устройстве использовались как фиксированные, так и вращающиеся постоянные магниты с проводами, прикрепленными к чашам с ртутью и батарее. Когда батарея была подключена к проводам, в цепи протекал ток, и генерируемое электромагнитное поле взаимодействовало с постоянными магнитами, создавая крутящий момент и вызывая механическое движение.

После «двигателя» Фарадея другие изобретатели быстро последовали за усовершенствованиями, которые больше напоминали двигатели, которые мы знаем сегодня. В 1882 году Питер Барлоу изобрел вращающееся колесо, известное как колесо Барлоу, которое вызывало механическое движение, когда колесо опускалось до тех пор, пока спица не погружалась в ртуть, а напряжение было приложено к стержням.

В 1837 году американский изобретатель и кузнец Томас Дэвенпорт получил первый патент на электродвигатель. Этот двигатель был улучшением предыдущих разработок, над которыми он работал с Оранджем Смолли и Рэнсом Куком, и основан на соленоиде (электромагните), который он купил у изобретателя Джозефа Генри. «В запатентованной конструкции Давенпорта используются четыре вращающихся электромагнита, которые переключаются с помощью коммутатора, и фиксированные постоянные магниты в форме кольца. Двигатель вращался со скоростью около 1000 оборотов в минуту и ​​[мог] поднимать 200-фунтовый груз на один фут за одну минуту, что соответствует мощности 4.5 Вт » Несмотря на то, что двигатель Давенпорта был улучшен, он не смог продать достаточно акций, чтобы профинансировать свой бизнес, и вышел из бизнеса. В то время как Давенпорт использовал постоянные магниты в своем двигателе, другие изобретатели уже двигались к чему-то лучшему, заменив постоянные магниты на электромагниты. Это изменение привело к разработке двигателей промышленного качества, которые стимулировали рост рынка электромагнитных двигателей постоянного тока в течение многих лет до появления высококачественных постоянных магнитов, которые были произведены почти столетие спустя.

Электромагниты: историческая пауза для двигателей с постоянными магнитами

Первые изобретатели электродвигателей довольно рано знали, что электродвигатели с постоянными магнитами имеют серьезные ограничения в том, что касается их практического применения. В 1882 году электрик Джон Уркарт написал в своем трактате об электродвигателях, что «когда электродвигательная машина предназначена для выработки значительного количества энергии, рекомендуется заменить постоянные магниты электромагнетиками. Значительное увеличение мощности дают двигатели, оснащенные электромагнитами вместо ПМ.Кроме того, размер и вес двигателя могут быть значительно уменьшены. Стоимость намного меньше, и машина способна преобразовывать гораздо большую мощность тока в механический эффект ».

Британский изобретатель Уильям Стерджен считается изобретателем первого электромагнита в 1825 году. Несколько лет спустя, в 1827 году, венгерский изобретатель Иштван (Аньош) Йедлик изобрел «первую вращающуюся машину с электромагнитами и коммутатором», которая была предшественницей современный двигатель постоянного тока. Но первый практический электромагнитный двигатель постоянного тока был изобретен Морицем Германом Якоби в 1834 году.Двигатель Якоби поднимал от 10 до 12 фунтов со скоростью один фут в секунду, что составляет около 15 ватт механической мощности. С интересной (хотя и скромной) заметкой Якоби писал в 1835 году, что «он не был единственным изобретателем электромагнитного двигателя. Он указал на приоритет изобретений Ботто и Даль Негро. «

В то время как электромагнитные двигатели постоянного тока были «впервые популяризированы в 1880-х годах, когда постоянный ток был основным источником энергии», их использование в корне изменилось, когда Никола Тесла в 1889 году изобрел электромагнитный двигатель переменного тока.Имея всего две части, неподвижный статор и ротор, двигатель переменного тока был проще, чем электромагнитные двигатели постоянного тока. «Стационарный статор создавал вращающееся электромагнитное поле, в то время как ротор, прикрепленный к выходному валу, имел крутящий момент от вращающегося магнитного поля. Магнитное поле создавалось двумя или более переменными токами, не согласованными друг с другом, и было названо многофазной системой ». Несмотря на простоту, предлагаемую двигателем переменного тока Tesla, у него были проблемы с управляемостью и работоспособностью, которые позволяли двигателям постоянного тока сохранять устойчивое присутствие в промышленных приложениях в течение многих десятилетий.Но возвращение двигателей с постоянными магнитами приближалось, поскольку на горизонте стояла разработка высокоэнергетических постоянных магнитов.

Возвращение двигателей с постоянными магнитами

Вплоть до двадцатого века использование постоянных магнитов ограничивалось природным магнетитом, обычно называемым магнитным камнем. Но в начале века мир увидел то, что можно охарактеризовать как ренессанс в открытии новых типов магнитных материалов, таких как углерод, кобальт и вольфрамовая сталь.Однако эти первые новые магнитные материалы все еще были низкого качества. Только после разработки магнитов Alinco мир получил высококачественный магнит, который можно было бы использовать во многих сферах, и открыл дверь для возвращения двигателей с постоянными магнитами.

После обширных исследований в 1930-х годах было обнаружено, что «значительные добавки алюминия, никеля и кобальта в растворе с железом дают высокоэффективные и коммерчески жизнеспособные PM, полученные путем обычного литья слитков.Названные магнитами Алнико, они были в 100 раз сильнее любого магнитного камня ». В 1950-х годах появились ферритовые (керамические) постоянные магниты, которые использовались в двигателях для небольших приборов. Но в 1960-х годах произошел еще один важный шаг в расширении использования PM в электродвигателях, когда были изобретены соединения редкоземельных металлов (самарий) и кобальта. Эти материалы PM были важны сами по себе. Тем не менее, они были омрачены изобретением в 1980-х годах неодим-железо-борных ПМ, которые «давали как более высокий энергетический продукт, так и были более распространены, чем редкие самарий и кобальт.«Бесщеточные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами начали появляться на рынке только в 1970-х годах. Задержка была связана не только с разработкой высокоэнергетических ФЭУ, но и с разработкой силовых устройств и электронных контроллеров, которые могли заменить механическую коммутацию на электронную коммутацию.

Будущее: постоянные магниты из нанокомпозитов

Что ждет двигатели с постоянными магнитами в будущем? Данные свидетельствуют о том, что их использование будет продолжать расти по мере их использования в новых приложениях.Однако на горизонте появляются новые инновации в области высокоэнергетических постоянных магнитов. Одно из таких нововведений — постоянные магниты из нанокомпозитов. Эти магниты представляют собой «искусственно созданные магнитные структуры (называемые метаматериалами , ), которые производят сильные постоянные магниты путем изготовления наноструктурированных композитных материалов с твердой / мягкой фазой» с размерами менее a микрометра. В настоящее время они используются в биомедицине, магнитных носителях информации, разделении магнитных частиц, датчиках, катализаторах и пигментах.В будущем мир может увидеть применение нанокомпозитных магнитных материалов в будущих поколениях электродвигателей с постоянными магнитами.

Tesla, Inc. | История, автомобили, Илон Маск и факты

Tesla, Inc. , ранее (2003–17) Tesla Motors , американский производитель электромобилей. Он был основан в 2003 году американскими предпринимателями Мартином Эберхардом и Марком Тарпеннингом и назван в честь сербского американского изобретателя Николы Тесла.

Tesla Motors была создана для разработки спортивного электрического автомобиля.Эберхард был главным исполнительным директором (CEO) Tesla, а Тарпеннинг — финансовым директором (CFO). Финансирование компании было получено из различных источников, в первую очередь соучредителя PayPal Илона Маска, который вложил в новое предприятие более 30 миллионов долларов и с 2004 года занимал пост председателя правления компании.

В 2008 году Tesla Motors выпустила свое первое предприятие. автомобиль, полностью электрический родстер. В ходе испытаний компании он проехал 245 миль (394 км) на одной зарядке, что является беспрецедентным для серийного электромобиля запасом хода.Дополнительные тесты показали, что его характеристики были сопоставимы с характеристиками многих спортивных автомобилей с бензиновым двигателем: Roadster мог разгоняться от 0 до 60 миль (96 км) в час менее чем за 4 секунды и достигать максимальной скорости 125 миль (200 км). ) в час. Легкий кузов автомобиля был выполнен из углеродного волокна. Родстер не производил выхлопных газов, так как не использовал двигатель внутреннего сгорания. Tesla Motors обнаружила, что автомобиль достиг показателей эффективности, эквивалентных расходу бензина в 135 миль на галлон (57 км на литр).Электродвигатель транспортного средства питался от литий-ионных элементов, часто используемых в аккумуляторах портативных компьютеров, которые можно было заряжать от стандартной электрической розетки. Несмотря на федеральную налоговую скидку в размере 7500 долларов на покупку электромобиля, стоимость Roadster в 109000 долларов сделала его предметом роскоши.

В конце 2007 года Эберхард ушел с поста генерального директора и президента по технологиям и вошел в консультативный совет компании. В 2008 году было объявлено, что он покинул компанию, но остался акционером.Тарпеннинг, который также был вице-президентом по электротехнике, курировавший разработку электронных и программных систем для Roadster, также покинул компанию в 2008 году. Маск занял пост генерального директора. В 2010 году первичное публичное размещение акций Tesla привлекло около 226 миллионов долларов.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

В 2012 году Tesla прекратила производство Roadster, чтобы сконцентрироваться на новом седане Model S, получившем признание автомобильных критиков за его характеристики и дизайн.Он поставлялся с тремя различными вариантами батарей, которые давали предполагаемую дальность полета в 235 или 300 миль (379 или 483 км). Вариант с аккумулятором с максимальной производительностью дал ускорение от 0 до 60 миль (96 км) в час за чуть более 4 секунд и максимальную скорость в 130 миль (209 км) в час. В отличие от Roadster, у которого аккумуляторы располагались в передней части автомобиля, в Model S они располагались под полом, что давало дополнительное пространство для хранения спереди и улучшало управляемость из-за низкого центра тяжести.Автопилот Tesla, вид полуавтономного вождения, был доступен в 2014 году на Model S (а позже и на других моделях).

Начиная с 2012 года, Tesla построила станции под названием Supercharger в США и Европе, предназначенные для быстрой зарядки аккумуляторов без дополнительных затрат для владельцев Tesla. Более поздние версии этих станций назывались Tesla Stations и также имели возможность полной замены аккумуляторной батареи Model S.

Tesla выпустила «кроссовер» Model X (т.е.е., автомобиль с характеристиками внедорожника, но построенный на автомобильном шасси), в 2015 году. Модель X имела максимальный запас хода от аккумулятора до 295 миль (475 км) и вмещала до семи человек. Из-за спроса на более дешевый автомобиль, Model 3, четырехдверный седан с запасом хода 220 миль (354 км) и ценой 35 000 долларов, начал производство в 2017 году.

Компания также занялась производством продукции для солнечной энергии. . Линия аккумуляторов для хранения электроэнергии от солнечной энергии для использования в домах и на предприятиях была представлена ​​в 2015 году.В 2016 году Tesla купила компанию по производству солнечных панелей SolarCity. В 2017 году компания сменила название на Tesla, Inc., чтобы отразить тот факт, что она больше не продает только автомобили.

В следующем году Маск написал серию твитов о том, что Tesla станет частной компанией, заявив, что он получил финансирование. В сентябре 2018 года Комиссия по ценным бумагам и биржам США (SEC) обвинила его в мошенничестве с ценными бумагами, утверждая, что его твиты были «ложными и вводящими в заблуждение». Позже в том же месяце совет директоров Tesla отклонил предложенное SEC урегулирование, как сообщается, после того, как Маск пригрозил уйти в отставку.Однако известие об отклонении сделки привело к резкому падению акций Tesla, и совет директоров быстро принял менее щедрое соглашение, в соответствии с которым Маск ушел с поста председателя совета директоров как минимум на три года. Однако ему разрешили остаться на посту генерального директора. Кроме того, и Tesla, и Маск были оштрафованы на 20 миллионов долларов.

Кто изобрел транзистор?

В середине 1940-х группа ученых работала в Bell Telephone Labs в Мюррее. Хилл, штат Нью-Джерси, работали над поиском устройства, которое заменит существовавший тогда технология вакуумных трубок.Вакуумные лампы были единственной технологией, доступной на время для усиления сигналов или использования в качестве переключающих устройств в электронике. Проблема было то, что они были дорогими, потребляли много энергии, выделяли слишком много тепла и были ненадежны, что требовало значительного технического обслуживания.

Учеными, ответственными за изобретение транзистора в 1947 году, были: Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Шокли. Бардин, доктор философии. в математики и физики из Принстонского университета, был специалистом в области электронов проводящие свойства полупроводников.Браттейн, доктор философии, был экспертом в природа атомной структуры твердых тел на уровне их поверхности и твердого тела физика. Шокли, доктор философии, был директором по исследованиям транзисторов в Bell Labs. Их первоначальное патентное название транзистора было: «Полупроводниковый усилитель; Трехэлектродный элемент схемы из полупроводниковых материалов ». В 1956 г. группа была удостоена Нобелевской премии по физике за изобретение транзистора. В 1977 году Джон Бардин был награжден Президентской медалью свободы. Ссылки: Ответил: Стивен Портц, учитель технологий, средняя школа космического побережья, Флорида Магазин Наш научный интернет-магазин

Двигатель постоянного тока

Двигатель постоянного тока

Мартин Крамер
13 декабря 2012 г.

Представлено как курсовая работа для Ph340, Стэнфордский университет, осень 2012 г.

Введение

Фиг.1: Форс Лоренца.

Электродвигатель является основным средством преобразования электрическая энергия в механическую энергию. Миллионы устройств требуют электродвигатели для работы. Они есть во всем, стирать машинки, электрические отвертки, детские игрушки и некоторые новые и очень дорогие авто. [1,2] Электродвигатели приводят в движение все. К тому же электродвигатель довольно долго работал. время, с момента его изобретения в 1830-х годах.Как и в большинстве великих изобретений, ведутся споры о том, кто изобрел электродвигатель. Урегулирование этого спора выходит далеко за рамки данной статьи, но я бы было бы упущением, если бы я не отдал должное некоторым из самых известных людей, которые помог разработать электродвигатель. Поэтому я бы направил заинтересованного читателя в поисковой системе по своему выбору, где несколько щелчки предоставят им груды информации об Алессандро Вольта, Гансе Кристиан Эрстед, Андре-Мари Ампер, Майкл Фарадей и многие другие.Только будьте осторожны, история электромотора очень много зависит от национальности историка. Помимо истории, это статья дает краткое высокоуровневое описание электродвигателя, внимательно следя за презентацией в Hughes, которая не требует Кандидат наук. в физике, чтобы понять, немного физики средней школы должно быть больше чем достаточно. [3]

Электродвигатель постоянного тока

Сила Лоренца — хорошо известное соотношение, которое утверждает, что любой токоведущий провод, проходящий через магнитный поле будет ощущать силу из-за этого поля.На рис. 1 показан сценарий в в котором присутствует сила Лоренца и дает формальное определение

F = I ( л × B )

Рис. 2: Круглый двигатель.

Не тратя слишком много времени на уравнение, Стоит отметить, что сила Лоренца максимальна, когда электрическая ток и магнитные поля перпендикулярны.В этом случае Лоренц сила упрощается до умножения напряженности поля B, величина тока I и длина провода, подверженного воздействию этого поля л . В оставшейся части статьи мы будем предполагать, что какой-то умный Инженер сконструировал наш электродвигатель для работы в этом режиме.

На рис. 2 изображена наша установка для простого электродвигателя, при этом между воздушным зазором создается сильное магнитное поле. Токоведущие провода помещаются в зазор и прикрепляются к лебедка, которая, в свою очередь, связана с массой с помощью кабеля.Если мы предположим что двигатель находится в устойчивом состоянии (не движется), то электромагнитный сила на проволоке F _E должна идеально сбалансировать механическое усилие на проводе F _M . Это дает

Это говорит нам общее количество тока, необходимого для поддерживать систему в равновесии. Обратите внимание, что каждый провод добавляет к электрической силы, мы объединяем четыре провода в один эквивалентный провод, чтобы сохранить все просто.Хотя это ток, который напрямую переводится в силу, необходимо напряжение для создания этого тока. Если у нашего провода есть сопротивление R то из закона Ома мы знаем, что напряжение необходимо для установления заданного тока В = IR . Мы можем рассчитать сила нашего электродвигателя, определяя мощность, необходимую для удержания известная масса стабильная. Потребляемая электрическая мощность в системе затем

P _медь = I ² R

, если предположить, что наше магнитное поле создано с помощью постоянного магнита, то в систему не подается никакая другая энергия.

Рис.3: Модель простой электрической цепи для постоянного тока мотор.

Однако более интересным является двигатель, который движется. Предположим теперь, что мы используем достаточно энергии, чтобы поднять массу против сила тяжести. Для простоты предположим, что в результате наших усилия проволока перемещается влево (рис.2) с постоянной скоростью и масса поднимается с такой же постоянной скоростью. В случае, если система проволока-масса движется с постоянной скоростью, которую мы знаем из Ньютона. первый закон, что силы должны быть равны и противоположны, уравновешивая каждую разное. [4,5] Несмотря на это, наш мотор продолжает работать и выдает мощность (чтобы поднять блок). Механическая выходная мощность наших система задается как P = F v . Эта сила должна откуда-то исходить и не улавливается резистивными потерями в проводе.Закон Фарадея утверждает, что перемещение провода через магнитное поле вызовет напряжение на этом проводе. Когда мы пропускаем ток через это индуцированное напряжение, мы удаляем электрическое питание от системы ( P = I V ). Эта электрическая мощность должен уравновешивать механическую мощность, передаваемую массе. Поскольку общая входная мощность складывается из потерь в меди и механической мощность

P _всего = P _медь + P _{механическая}

, а механическая мощность должна быть равна электромагнитная сила (сила тяжести, когда система не ускорение) мы можем найти установившуюся скорость для данной входное напряжение и ток:

В _всего I = I ² R + I l B v

Мы также можем решить для индуцированного напряжения, вычитая потери в меди из общей мощности

В _{индукция} = В _всего — I R = l B v

, который является законом индукции Фарадея.Это просто Решение может быть интерпретировано как простая электрическая схема, изображенная на рис. 3. Электрически двигатель выглядит как сопротивление меди провод, включенный последовательно с источником напряжения, зависящим от скорости. Поскольку скорость двигателя увеличивается, так же как и это напряжение. Эта модель правильно фиксирует большинство важных характеристик электродвигателя. Когда двигатель не движется, механическая мощность не передается, и все входная мощность сгорает в резистивных потерях в проводе.Как скорость двигатель увеличивается, так же как и мощность, передаваемая на нагрузку. Действительно, при некоторых высоких скоростях внутреннее напряжение выше входного напряжения. В этом случае ток течет в обратном направлении. направление; наш двигатель стал генератором, который преобразует механические мощность в электрическую мощность.

Заключение

В этой статье разработан очень простой линейный двигатель модель, основанная на обсуждении в Hughes.[3] Это дает интуитивно понятный объяснение работы двигателя и генератора, кроме того, это может быть легко расширяется с линейного на роторный двигатель, так как приложенная сила вокруг оси крутящий момент. Наконец, мы должны поблагодарить всех инженеров и физики, улучшившие электродвигатели и генераторы за последние 180 лет и таким образом сделали мир намного лучше место.

© Мартин Крамер. Автор дает разрешение копировать, распространять и отображать эту работу в неизменном виде, с ссылка на автора, только в некоммерческих целях.Все остальные права, в том числе коммерческие, принадлежат автору.

Список литературы

[1] Т. Вельтман, «Дизель-Электрик Гибриды, Physics 240, Стэнфордский университет, осень 2010 г.

[2] Ю. Чжун, «Outlook аккумуляторов для электромобилей », Physics 240, Стэнфордский университет, осень 2011 г.

[3] A. Hughes, Электродвигатели и приводы: Основы, типы и применение, 3-е изд.