motor elektrik awal
Eksperimen elektromagnet Faraday, 1821 Motor elektrik pertama ialah peranti elektrostatik ringkas, diterangkan dalam eksperimen oleh sami Scotland Andrew Gordon dan penguji Amerika Benjamin Franklin pada tahun 1740-an. Prinsip teori di belakangnya, undang-undang Coulomb, ditemui oleh Henry Cavendish pada tahun 1771, tetapi masih belum diterbitkan. Undang-undang itu ditemui secara bebas pada tahun 1785 oleh Charles-Augustin de Coulomb, yang menerbitkannya dan kini dikenali secara meluas dan namanya. [4] Sel elektrokimia [5] yang dicipta oleh Alessandro Volta pada tahun 1799 memungkinkan untuk menjana arus berterusan. Selepas penemuan interaksi antara arus dan medan magnet ini, yang dikenali sebagai interaksi elektromagnet oleh Hans Christianrsted pada tahun 1820, banyak kemajuan telah dicapai tidak lama lagi. André-Marie Ampère hanya mengambil masa beberapa minggu untuk membangunkan formula pertama untuk interaksi elektromagnet dan untuk mencadangkan undang-undang daya Ampère, yang menerangkan interaksi arus elektrik dan medan magnet. daya mekanikal. Pada tahun 1821, Michael Faraday menunjukkan kesan gerakan putaran buat kali pertama. Seutas dawai gantung bebas telah dicelupkan ke dalam mandi merkuri di mana magnet kekal (PM) diletakkan. Apabila arus dialirkan melalui wayar, wayar berputar mengelilingi magnet, menunjukkan bahawa arus mencipta medan magnet bulat yang ketat di sekeliling wayar. [7] Motor sedemikian biasanya ditunjukkan dalam eksperimen fizikal, menggantikan air masin dengan merkuri (toksik). Roda Barlow adalah penambahbaikan awal pada demonstrasi Faraday itu, walaupun ini dan motor homopolar serupa tidak sesuai untuk kegunaan praktikal sehingga akhir abad ini.
"Pemutar Kendiri Elektromagnet" oleh Jedlik, 1827 (Muzium Seni Gunaan, Budapest). Motor bersejarah masih berfungsi dengan baik hari ini.
James Joule menunjukkan Kelvin sebuah motor elektrik di Muzium Hunterian di Glasgow pada tahun 1842
Pada tahun 1827, ahli fizik Hungary nyos Jedlik mula bereksperimen dengan gegelung elektromagnet. Selepas Jedlik menyelesaikan masalah teknikal putaran berterusan dengan penciptaan komutator, dia memanggil peranti awalnya sebagai "pemutar diri elektromagnet." Walaupun ia hanya digunakan untuk pengajaran, pada tahun 1828 Jedrick menunjukkan peranti pertama yang mengandungi tiga komponen utama motor DC praktikal: stator, rotor dan komutator. Peranti tidak menggunakan magnet kekal kerana medan magnet komponen pegun dan berputar hanya dijana oleh arus yang mengalir melalui belitannya.
Motor DC
Saintis British William Sturgeon mencipta motor DC komutator pertama yang mampu memutarkan jentera pada tahun 1832. Mengikuti kerja Sturgeon, pencipta Amerika Thomas Davenport membina motor DC jenis komutator, yang dipatenkannya pada tahun 1837. Motor itu berjalan pada 600 pusingan seminit dan berkuasa alat kuasa dan mesin cetak. Disebabkan kos bateri utama yang tinggi, motor elektrik tidak berjaya secara komersial, dan Davenport telah muflis. Beberapa pencipta mengikuti Sturgeon untuk membangunkan motor DC, tetapi mereka semua menghadapi isu kos bateri yang sama. Dengan tiada sistem pengagihan kuasa yang tersedia pada masa itu, tiada pasaran komersial sebenar untuk motor ini.
Selepas banyak percubaan lain yang lebih kurang berjaya dengan peranti berputar dan salingan yang agak lemah, Prussian Moritz von Jacobi mencipta motor elektrik berputar sebenar pertama pada Mei 1834. Ia menghasilkan output mekanikal yang luar biasa. Motosikalnya mencipta rekod dunia, yang dipertingkatkan Jacobi empat tahun kemudian pada September 1838. Moto keduanya cukup berkuasa untuk memandu 14-bot orang di sungai yang luas. Juga pada 1839/40, pemaju lain berjaya membuat motor yang serupa, kemudian berprestasi lebih tinggi.
Pada tahun 1855, Jedlik membina peranti yang mampu melakukan kerja yang berguna menggunakan prinsip yang serupa dengan yang digunakan oleh sayap putaran elektromagnetnya. Pada tahun yang sama, dia membina model kereta elektrik.
Titik perubahan utama berlaku pada tahun 1864, apabila Antonio Pacinotti mula-mula menggambarkan angker toroidal (walaupun ia pada asalnya diilhamkan dalam penjana DC (iaitu, penjana)). Ciri ini mempunyai gegelung berkumpulan simetri yang tertutup antara satu sama lain dan disambungkan ke bar komutator yang berusnya memberikan arus yang hampir tidak berubah-ubah. Motor DC pertama yang berjaya secara komersial mengikuti perkembangan Zénobe Gramme, yang pada tahun 1871 mencipta semula reka bentuk Pacinotti dan menggunakan beberapa penyelesaian Werner Siemens.
Faedah kepada motor DC diperoleh daripada kebolehterbalikan motor, yang diumumkan oleh Siemens pada tahun 1867 dan ditemui melalui pemerhatian Pacinotti datang pada tahun 1869 apabila Graham secara tidak sengaja membuktikannya, di Pameran Dunia Vienna pada tahun 1873, apabila dia meletakkan dua peranti DC ini berada dalam jarak 2 km antara satu sama lain, menggunakan salah satu daripadanya sebagai penjana dan satu lagi sebagai motor elektrik.
Rotor dram telah diperkenalkan pada tahun 1872 oleh Friedrich von Hefner-Alteneck dari Siemens dan Halske untuk menggantikan angker cincin Pacinotti, dengan itu meningkatkan kecekapan mesin. [6] Rotor berlamina telah diperkenalkan pada tahun berikutnya oleh Siemens & Halske, menyebabkan kehilangan besi berkurangan dan voltan teraruh yang lebih tinggi. Pada tahun 1880, Jonas Wenstrm menyediakan pemutar dengan slot untuk menampung belitan, meningkatkan lagi kecekapan.
Pada tahun 1886, Frank Julian Sprague mencipta motor DC praktikal pertama, peranti tanpa percikan yang mengekalkan kelajuan yang agak malar di bawah beban berubah-ubah. Pada masa ini, ciptaan elektrik Sprague yang lain telah meningkatkan prestasi pengagihan kuasa grid (kerja yang dilakukan sebelum tempoh perkhidmatan Thomas Edison), membolehkan kuasa daripada motor elektrik kembali ke grid, melalui Wayar atas dan tiang troli memberi kuasa kepada troli dan menyediakan sistem kawalan untuk operasi elektrik. Ini menyebabkan Sprague mencipta sistem troli elektrik pertama menggunakan motor elektrik di Richmond, Virginia pada 1887–88, lif elektrik dan sistem kawalan pada 1892, dan kereta bawah tanah elektrik dengan kereta kawalan berpusat berkuasa bebas. Yang terakhir ini pertama kali dipasang di Chicago pada tahun 1892 oleh South Side Elevated Railroad, di mana ia dikenali sebagai "L". Motor elektrik Sprague dan ciptaan berkaitannya menjana minat dan didapati digunakan secara meluas dalam motor elektrik perindustrian. Pembangunan motor elektrik dengan kecekapan yang boleh diterima telah ditangguhkan selama beberapa dekad kerana kegagalan untuk mengenali kepentingan kritikal jurang udara antara pemutar dan pemegun. Reka bentuk yang cekap mempunyai jurang udara yang agak kecil. Atas sebab yang sama, kereta St. Louis, yang telah lama digunakan dalam bilik darjah untuk menggambarkan prinsip pergerakan, adalah sangat tidak cekap dan tidak kelihatan seperti kereta moden.
Motor elektrik telah merevolusikan industri. Proses industri tidak lagi dihadkan oleh penghantaran kuasa menggunakan aci, tali pinggang, udara termampat atau hidraulik. Sebaliknya, setiap mesin boleh dilengkapi dengan sumber kuasanya sendiri, yang boleh dikawal dengan mudah semasa digunakan dan meningkatkan kecekapan pemindahan kuasa. Motor elektrik yang digunakan dalam pertanian menghilangkan kuasa otot manusia dan haiwan daripada tugas seperti mengendalikan bijirin atau mengepam air. Penggunaan motor elektrik di rumah mengurangkan kerja berat di rumah dan membolehkan standard keselesaan, keselesaan dan keselamatan yang lebih tinggi. Hari ini, motor elektrik menggunakan lebih separuh daripada tenaga elektrik yang dihasilkan di Amerika Syarikat.
Motor AC
Pada tahun 1824, ahli fizik Perancis Franois Arago mencadangkan kewujudan medan magnet berputar, dikenali sebagai putaran Arago, dengan membuka dan menutup suis secara manual, yang ditunjukkan oleh Walter Baily pada tahun 1879 sebagai motor aruhan primitif pertama. Semasa tahun 1880-an, ramai pencipta cuba membangunkan motor AC yang berdaya maju [31], kerana kelebihan motor AC dalam penghantaran voltan tinggi pada jarak jauh telah diimbangi oleh ketidakupayaan untuk berjalan pada motor AC.
Pada tahun 1885, Galileo Ferraris mencipta motor aruhan tanpa komutator AC yang pertama. Ferraris menambah baik reka bentuk pertamanya dengan menghasilkan unit yang lebih maju pada tahun 1886. Pada tahun 1888, Akademi Sains Diraja di Turin menerbitkan kajian terperinci Ferraris tentang asas pengendalian motor elektrik, tetapi pada masa itu membuat kesimpulan bahawa "peranti berdasarkan prinsip ini tidak boleh mempunyai sebarang kepentingan komersial sebagai motor elektrik."
Kemungkinan pembangunan perindustrian telah diilhamkan oleh Nikola Tesla, yang mencipta motor aruhan serba lengkapnya pada tahun 1887 dan mematenkannya pada Mei 1888. Pada tahun yang sama, Tesla membentangkan kertas kerjanya mengenai AIEE sistem baharu untuk motor AC dan transformer seperti yang diterangkan dalam tiga paten jenis motor kutub empat fasa dua fasa: satu dengan pemutar empat kutub membentuk motor keengganan yang tidak dimulakan sendiri, dan yang satu lagi dengan Pemutar luka membentuk motor aruhan permulaan sendiri, dan jenis ketiga ialah motor segerak benar, yang masing-masing memberikan pengujaan kuasa DC kepada belitan pemutar. Walau bagaimanapun, paten yang difailkan oleh Tesla pada tahun 1887 juga menggambarkan motor aruhan rotor litar pintas. George Westinghouse telah memperoleh hak daripada Ferraris ($1,000) dan segera membeli paten Tesla ($60,000, ditambah $2.50 setiap kereta kuasa kuda yang dijual sehingga 1897 dibayar pada 2010),[32] mengupah Tesla untuk membangunkan motor elektrik, dan menugaskan CF Scott untuk membantu Tesla; bagaimanapun, Tesla meninggalkan tempat lain pada tahun 1889. [Petikan yang berlebihan] Didapati bahawa motor aruhan AC berkelajuan malar tidak sesuai untuk kereta jalan raya,[31] tetapi jurutera Westinghouse berjaya memasangkannya untuk menggerakkan operasi perlombongan di Telluride, Colorado pada tahun 1891. [ 53][54][55] Westinghouse merealisasikan motor aruhan praktikalnya yang pertama pada tahun 1892 dan membangunkan keluarga motor aruhan 60 Hz polifasa pada tahun 1893, tetapi motor awal Westinghouse ini dibina dengan motor dua fasa pemutar luka. BG Lamme kemudiannya membangunkan pemutar luka rod berputar. [45]
Dalam menggalakkan pembangunan tiga fasa dengan gigih, Mikhail Dolivo-Dobrovolsky mencipta motor aruhan tiga fasa pada tahun 1889, iaitu kedua-dua pemutar tupai dan jenis pemutar luka dengan varistor permulaan, dan pada tahun 1890 mencipta pengubah tiga lengan. Antara AEG dan Maschinenfabrik Oerlikon, Doliwo-Dobrowolski dan Charles Eugene Lancelot Brown membangunkan model yang lebih besar, sangkar tupai 20 hp dan rotor luka 100 hp dengan varistor permulaan. Ini adalah motor tak segerak tiga fasa pertama yang sesuai untuk operasi praktikal. Winstrom telah membangunkan mesin tiga fasa yang serupa sejak tahun 1889. Pada Pameran Elektroteknikal Antarabangsa di Frankfurt pada tahun 1891, sistem tiga fasa jarak jauh yang pertama berjaya ditunjukkan. Ia dinilai pada 15 kV dan terbentang 175 km dari Air Terjun Laufen di Neckar. Stesen janakuasa Lauffen terdiri daripada alternator 240 kW 86 V 40 Hz dan pengubah injak, manakala pada pameran itu pengubah injak turun menggerakkan motor aruhan tiga fasa 100 hp yang menggerakkan air terjun buatan, yang mewakili pemindahan pengubah asal. sumber tenaga. ] Aruhan tiga fasa kini digunakan dalam kebanyakan aplikasi komersial. Bagaimanapun, dia mendakwa bahawa motor elektrik Tesla tidak praktikal kerana denyutan dua fasa, mendorongnya untuk berpegang pada kerja tiga fasanya.
Pada tahun 1891, GE mula membangunkan motor tak segerak tiga fasa [45] menjelang 1896, GE dan Westinghouse menandatangani perjanjian pelesenan silang untuk reka bentuk rotor penggulungan bar, yang kemudiannya dikenali sebagai rotor sangkar. Penambahbaikan pada motor aruhan berpunca daripada ciptaan dan inovasi ini, supaya 100-motor aruhan kuasa kuda kini mempunyai dimensi dipasang yang sama seperti motor kuasa kuda 7.5-pada tahun 1897.
komponen
Rotor motor (kiri) dan stator (kanan)
Rotor[sunting|sunting sumber]
Rencana utama: Rotor (elektrik)
Dalam motor elektrik, bahagian yang bergerak ialah rotor, yang memutarkan aci untuk menghantar kuasa mekanikal. Rotor biasanya mengandungi konduktor yang membawa arus yang berinteraksi dengan medan magnet stator untuk mencipta daya yang memutarkan aci. Sebagai alternatif, sesetengah rotor membawa magnet kekal, manakala stator memegang konduktor.
galas
Pemutar disokong oleh galas yang membolehkan pemutar berputar pada paksinya. Galas pula disokong oleh perumahan motor. Aci motor memanjang melalui galas ke luar motor, di mana beban dikenakan. Kerana daya beban dikenakan di luar galas paling luar, beban itu digantung. [59]
pemegun
Rencana utama: Stator
Stator ialah bahagian tetap litar elektromagnet motor dan biasanya terdiri daripada belitan atau magnet kekal. Teras stator terdiri daripada banyak kepingan logam nipis yang dipanggil laminasi. Laminasi digunakan untuk mengurangkan kehilangan tenaga yang akan terhasil jika teras pepejal digunakan.
ruang udara
Jarak antara rotor dan stator dipanggil jurang udara. Jurang udara mempunyai kesan yang ketara dan biasanya sekecil mungkin, kerana jurang udara yang besar boleh memberi kesan negatif yang kuat terhadap prestasi. Ia adalah sumber utama faktor kuasa rendah untuk operasi motor. Arus pengujaan meningkat apabila jurang udara bertambah. Oleh itu, jurang udara harus diminimumkan. Selain bunyi bising dan kehilangan, jurang kecil juga boleh menyebabkan masalah mekanikal.
Pemutar kutub menonjol
Penggulungan[sunting|sunting sumber]
Rencana utama: Penggulungan
Penggulungan ialah wayar yang diletakkan dalam gegelung, biasanya dililitkan di sekeliling teras feromagnetik lembut berlamina, untuk membentuk kutub apabila ditenagakan.
Motor datang dalam dua konfigurasi tiang medan asas: menonjol dan tidak menonjol. Dalam mesin kutub menonjol, medan magnet kutub dicipta oleh belitan yang dililit pada kutub di bawah muka kutub. Dalam kutub tidak menonjol atau medan teragih atau mesin pemutar bulat, belitan diagihkan dalam slot muka kutub. [60] Motor kutub berlorek mempunyai bahagian bergelung kutub yang melambatkan fasa medan magnet kutub itu.
Konduktor beberapa motor elektrik terdiri daripada logam yang lebih tebal, seperti jalur atau kepingan logam, biasanya tembaga, atau aluminium. Ini biasanya didorong oleh aruhan elektromagnet.
komutator
Rencana utama: Commutator (elektrik)
Motor DC kecil untuk mainan dan komutatornya
Komutator ialah mekanisme yang digunakan untuk menukar input kebanyakan motor DC dan beberapa motor AC. Ia terdiri daripada segmen gelang gelincir yang terlindung antara satu sama lain dan dari aci. Arus angker motor dibekalkan melalui berus pegun yang bersentuhan dengan komutator berputar, yang menyebabkan arus pembalikan yang diperlukan dan apabila pemutar berputar dari kutub ke kutubKuasa motor dengan cara yang terbaik. [61][62] Jika tiada arus pembalikan ini, motor akan brek sehingga berhenti. Induksi tertukar luaran dan motor magnet kekal menggantikan motor tertukar elektromekanikal, memandangkan teknologi yang dipertingkatkan dalam bidang pengawal elektronik, kawalan tanpa sensor, motor aruhan dan motor magnet kekal.
Bekalan dan Kawalan Motor
Kuasa motor
Seperti yang dinyatakan di atas, motor DC biasanya dibekalkan oleh komutator gelang gelincir. Pertukaran motor AC boleh dicapai menggunakan komutator gelang gelincir atau pertukaran luaran, dan ia boleh menjadi jenis kawalan kelajuan tetap atau kelajuan berubah, dan ia juga boleh menjadi jenis segerak atau tak segerak. Motor elektrik tujuan am boleh menjalankan sama ada AC atau DC.
kawalan motor
Dengan melaraskan voltan DC yang digunakan pada terminal, motor DC boleh berjalan pada kelajuan berubah-ubah.
Motor AC, biasanya berjalan pada kelajuan tetap, dikuasakan sama ada terus dari grid atau melalui pemula lembut motor.
Motor AC yang beroperasi pada kelajuan berubah-ubah dikuasakan oleh pelbagai penyongsang kuasa, pemacu frekuensi berubah-ubah atau teknologi komutator elektronik.
Istilah penukar elektronik sering dikaitkan dengan motor DC tanpa berus diubah sendiri dan aplikasi motor keengganan beralih.
