|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
LỊCH SỬ CÔNG NGHỆ, CÔNG NGHỆ, ĐỐI TƯỢNG QUA CHÚNG TÔI
Động cơ điện. Lịch sử phát minh và sản xuất
Cẩm nang / Lịch sử của công nghệ, kỹ thuật, các đối tượng xung quanh chúng ta Động cơ điện là một máy điện (bộ chuyển đổi cơ điện) trong đó năng lượng điện được chuyển đổi thành năng lượng cơ học, với tác dụng phụ là giải phóng nhiệt.
Thành tựu kỹ thuật vĩ đại nhất cuối thế kỷ 19 là việc phát minh ra động cơ điện công nghiệp. Động cơ nhỏ gọn, tiết kiệm, tiện lợi này nhanh chóng trở thành một trong những yếu tố quan trọng nhất của sản xuất, thay thế các loại động cơ khác ở bất kỳ nơi nào có thể cung cấp dòng điện. Nhược điểm lớn của động cơ hơi nước cũ luôn là hiệu suất thấp cũng như khó khăn trong việc truyền tải và “phân mảnh” năng lượng nhận được từ nó. Thông thường một máy lớn phục vụ vài chục máy. Chuyển động từ nó được cung cấp đến từng nơi làm việc một cách cơ học bằng cách sử dụng ròng rọc và dây đai vô tận. Đồng thời, xảy ra tổn thất năng lượng lớn một cách phi lý. Bộ truyền động điện không có những khuyết điểm này: nó có hiệu suất cao, vì có thể nhận trực tiếp chuyển động quay từ trục của nó (trong khi ở động cơ hơi nước, nó được chuyển đổi từ chuyển động tịnh tiến) và việc “tách” năng lượng điện dễ dàng hơn nhiều. . Tổn thất ở mức tối thiểu và năng suất lao động tăng lên. Ngoài ra, với sự ra đời của động cơ điện, lần đầu tiên người ta không chỉ có thể trang bị động cơ riêng cho bất kỳ chiếc máy nào mà còn có thể lắp đặt một bộ truyền động riêng cho từng bộ phận của nó. Động cơ điện xuất hiện vào quý 2 của thế kỷ 19, nhưng phải mất vài thập kỷ trôi qua trước khi tạo được điều kiện thuận lợi cho việc đưa chúng vào sản xuất rộng rãi. Một trong những động cơ điện hoàn hảo đầu tiên chạy bằng pin DC được kỹ sư điện người Nga Jacobi tạo ra vào năm 1834. Động cơ này có hai nhóm nam châm điện hình chữ U, trong đó một nhóm (bốn nam châm điện hình chữ U) được đặt trên một khung cố định. Các mảnh cột của chúng được sắp xếp không đối xứng - kéo dài về một hướng. Trục động cơ bao gồm hai đĩa đồng song song được nối với nhau bằng bốn nam châm điện đặt cách nhau một khoảng bằng nhau.
Khi trục quay, các nam châm điện chuyển động đi qua đối diện với các cực đứng yên. Đối với trường hợp sau, các cực thay đổi: đôi khi tích cực, đôi khi tiêu cực. Dây dẫn gắn trên trục máy đi đến các nam châm điện của đĩa quay. Một cổ góp được gắn trên trục động cơ, nó làm thay đổi hướng dòng điện trong các nam châm điện chuyển động trong mỗi phần tư vòng quay của trục. Các cuộn dây của tất cả các nam châm điện của khung cố định được mắc nối tiếp và chạy xung quanh dòng điện của pin theo một hướng. Các cuộn dây của nam châm điện của đĩa quay cũng được mắc nối tiếp, nhưng hướng của dòng điện trong chúng thay đổi tám lần trong mỗi vòng quay của trục. Do đó, cực tính của các nam châm điện này cũng thay đổi tám lần trong một vòng quay của trục và các nam châm điện này lần lượt bị hút và đẩy bởi các nam châm điện của khung cố định.
Giả sử rằng các nam châm điện di động chiếm một vị trí mà đối diện với mỗi cực của nam châm đứng yên có một cực di động cùng tên; trong trường hợp này, mỗi nam châm điện đứng yên sẽ đẩy nam châm đối diện của trống và hút nam châm gần đó bằng cực đối diện. Nếu các cực của nam châm cố định không đối xứng thì thiết bị đó không thể hoạt động vì tác dụng của các nam châm khác nhau sẽ cân bằng lẫn nhau. Nhưng nhờ sự nhô ra của các mảnh cực của nam châm cố định, mỗi mảnh sẽ thu hút mảnh gần nhất theo hướng quay theo chiều kim đồng hồ ít hơn mảnh kia, do đó mảnh đầu tiên đến gần nó và mảnh cuối cùng di chuyển ra xa. Sau một phần tư vòng quay (trong động cơ Jacobi - đến một phần tám), các cực đối diện sẽ đối diện nhau, nhưng tại thời điểm này, cổ góp thay đổi hướng của dòng điện trong các nam châm chuyển động và các cực giống nhau sẽ lại đối diện nhau khác, như lúc bắt đầu phong trào. Kết quả là, các nam châm chuyển động lại nhận được xung theo cùng một hướng và cứ như vậy không ngừng, miễn là dòng điện vẫn đóng. Cổ góp là một bộ phận rất quan trọng và được suy nghĩ sâu sắc của động cơ. Nó bao gồm bốn vòng kim loại được gắn trên và cách nhiệt với trục; mỗi chiếc nhẫn có bốn vết cắt tương ứng với 1/8 hình tròn. Các phần cắt ra được lấp đầy bằng lớp lót bằng gỗ cách nhiệt; mỗi vòng được bù 45 độ so với vòng trước. Một đòn bẩy, giống như một loại bàn chải, trượt dọc theo chu vi của chiếc nhẫn; đầu kia của đòn bẩy được ngâm trong một bình thủy ngân thích hợp, nơi nối các dây dẫn từ pin (kết nối thủy ngân là thiết bị tiếp xúc phổ biến nhất vào thời điểm đó). Đĩa gắn trên trục động cơ quay cùng với nó. Các đòn bẩy kim loại trượt dọc theo mép đĩa, khi chạm vào phần không dẫn điện của đĩa sẽ làm ngắt mạch điện và khi tiếp xúc với kim loại, chúng sẽ đóng nó lại. Sự sắp xếp của các đĩa sao cho tại thời điểm các cực đối diện gặp nhau, các đòn bẩy tiếp xúc cắt qua mép gỗ-kim loại và do đó thay đổi hướng cuộn dây của nam châm điện. Như vậy, với mỗi vòng quay, mạch điện bị đứt bốn lần. Như đã lưu ý, động cơ Jacobi là thiết bị điện tiên tiến nhất vào thời đó. Cũng trong năm 1834, một báo cáo chi tiết về nguyên lý hoạt động của nó đã được trình lên Viện Hàn lâm Khoa học Paris. Năm 1838, Jacobi cải tiến động cơ điện của mình và lắp nó lên một chiếc thuyền chèo cùng với 4 người bạn đồng hành, thực hiện một chuyến đi ngắn dọc sông Neva với tốc độ 5 km/h. Nguồn dòng điện là một cục pin mạnh mẽ gồm các tế bào điện. Tuy nhiên, rõ ràng là tất cả các thí nghiệm này hoàn toàn mang tính chất minh họa - cho đến khi một máy phát điện hoàn hảo được phát minh và đưa vào sản xuất, động cơ điện không thể được sử dụng rộng rãi vì việc cung cấp năng lượng cho chúng từ pin quá đắt và không mang lại lợi nhuận. Ngoài ra, vì nhiều lý do khác nhau mà chúng ta sẽ thảo luận ở các chương sau, động cơ DC chỉ được sử dụng rất hạn chế. Một vai trò quan trọng hơn nhiều trong sản xuất là động cơ điện hoạt động bằng dòng điện xoay chiều mà bây giờ chúng ta sẽ xem xét. Như chúng ta nhớ, cường độ và hướng của dòng điện xoay chiều không phải là hằng số. Đầu tiên, cường độ của nó tăng từ 1 đến một giá trị cực đại nào đó và lại giảm xuống XNUMX, sau đó dòng điện thay đổi hướng, tăng đến một mức cực đại âm nào đó và lại giảm về XNUMX. (Thời gian mà giá trị hiện tại thay đổi từ cực đại dương này sang cực đại dương khác được gọi là chu kỳ dao động của dòng điện.) Quá trình này được lặp lại với tần số cao. (Ví dụ: trong mạng chiếu sáng, dòng điện XNUMX giây chạy XNUMX lần theo một hướng và XNUMX lần theo hướng ngược lại.) Hành vi này của dòng điện sẽ ảnh hưởng như thế nào đến hoạt động của động cơ điện? Trước hết, cần lưu ý rằng chiều quay của động cơ điện không phụ thuộc vào chiều dòng điện, vì khi dòng điện thay đổi, cực tính sẽ thay đổi không chỉ ở phần ứng mà đồng thời ở các cuộn dây, điều này là lý do tại sao lực hút và lực đẩy tiếp tục tác dụng theo cùng một hướng như trước. Từ đó, có vẻ như nó hoàn toàn không quan tâm đến động cơ dù nó chạy bằng dòng điện một chiều hay xoay chiều. Tuy nhiên, không phải vậy. Với sự đảo ngược từ hóa thường xuyên của nam châm điện (vài chục lần mỗi giây), dòng điện xoáy phát sinh trong chúng, làm chậm quá trình quay của phần ứng và làm nó nóng lên rất nhiều. Công suất của động cơ điện giảm mạnh và cuối cùng bị hỏng. Đối với dòng điện xoay chiều cần có thiết kế động cơ đặc biệt. Các nhà phát minh đã không thể tìm thấy nó ngay lập tức. Trước hết, một mô hình được gọi là động cơ xoay chiều đồng bộ đã được phát triển. Một trong những động cơ đầu tiên như vậy được chế tạo vào năm 1841 bởi Charles Wheatstone. Giả sử rằng bộ phận đứng yên của động cơ (stato) được chế tạo dưới dạng một nam châm điện hình vương miện tám cực, các cực thay thế của chúng được ký hiệu bằng cực tính của chúng bằng các chữ cái N và S. Phần ứng (hoặc rôto) ) quay giữa chúng dưới dạng một bánh xe hình ngôi sao, tám nan hoa là nam châm vĩnh cửu. Chúng tôi biểu thị các cực không đổi của chúng bằng các chữ cái n và s. Giả sử dòng điện xoay chiều chạy qua một nam châm điện. Khi đó các đầu của lõi nam châm điện sẽ lần lượt thay đổi cực tính. Hãy tưởng tượng rằng tại một điểm nào đó đối diện với mỗi cực của nam châm điện stato có một cực rôto cùng tên. Chúng ta hãy đẩy bánh xe và cho nó một tốc độ mà tại đó mỗi nan hoa n sẽ đi hết khoảng cách giữa hai lõi N và S liền kề trong một khoảng thời gian bằng với thời gian mà các lõi này duy trì cực tính không thay đổi, nghĩa là trong một khoảng thời gian. khoảng thời gian bằng nửa chu kỳ của dòng điện xoay chiều chạy qua nam châm điện. Trong những điều kiện như vậy, trong toàn bộ quá trình chuyển động của nan hoa từ lõi N sang lõi S, tất cả các lõi sẽ được từ hóa lại, đó là lý do tại sao, với chuyển động xa hơn, nan hoa sẽ lại chịu lực đẩy từ lõi còn lại và lực hút từ lõi này sang lõi khác. mà nó đang đến gần.
Động cơ đồng bộ hoạt động theo nguyên lý này bao gồm một nam châm nhiều cực hình vòng, cực của nó thay đổi dưới tác dụng của dòng điện xoay chiều và một nam châm điện vĩnh cửu hình ngôi sao, được gắn trên một trục và quay theo cách mô tả. bên trên. Để kích thích nam châm điện vĩnh cửu này, cần có một dòng điện một chiều được chuyển đổi từ dòng điện xoay chiều đang hoạt động bằng một bộ chuyển mạch. Cổ góp còn có một mục đích khác: nó được sử dụng để khởi động động cơ, vì để duy trì chuyển động quay của rôto của động cơ đồng bộ, nó cần cung cấp một tốc độ ban đầu nhất định. Khi bật, dòng điện một chiều lần đầu tiên được đưa qua mạch, do đó động cơ bắt đầu hoạt động như một động cơ dòng điện một chiều và bắt đầu chuyển động. Cho đến khi động cơ đạt tốc độ yêu cầu, cổ góp đổi hướng trong chuyển động của nam châm điện. Khi đạt đến tốc độ tương ứng với chuyển động đồng bộ, các cực của nam châm chuyển động không còn thay đổi nữa và động cơ bắt đầu hoạt động như động cơ xoay chiều đồng bộ.
Hệ thống được mô tả có những nhược điểm lớn, ngoài việc động cơ đồng bộ cần thêm một động cơ tăng tốc để khởi động, nó còn có một nhược điểm khác - khi quá tải, sự đồng bộ hóa chuyển động của nó bị gián đoạn, các nam châm bắt đầu quay chậm lại. trục và động cơ dừng lại. Vì vậy, động cơ đồng bộ không được sử dụng rộng rãi. Một cuộc cách mạng thực sự trong kỹ thuật điện chỉ xảy ra sau khi phát minh ra động cơ không đồng bộ (hoặc động cơ cảm ứng). Hoạt động của động cơ không đồng bộ sẽ được rõ ràng từ minh chứng sau đây, được thực hiện vào năm 1824 bởi nhà vật lý nổi tiếng người Pháp Argo.
Cho một nam châm hình móng ngựa NS được dẫn động bằng tay chuyển động quay nhanh quanh một trục thẳng đứng. Một tấm kính được lắp phía trên các cột, đỡ một điểm trên đó gắn một vòng tròn đồng. Khi nam châm quay, dòng điện cảm ứng sinh ra trong vòng tròn và từ trường do chúng tạo thành sẽ tương tác với nam châm phía dưới và vòng tròn sẽ bắt đầu quay cùng hướng với nam châm phía dưới. Hiện tượng này được sử dụng trong động cơ không đồng bộ. Chỉ thay vì sử dụng một nam châm vĩnh cửu quay, nó sử dụng một số nam châm điện đứng yên để bật, tắt và thay đổi cực tính của chúng theo một trình tự nhất định. Hãy để chúng tôi giải thích điều này với ví dụ sau.
Giả sử I, II, III và IV là bốn cực của hai nam châm điện, giữa đó đặt một mũi tên kim loại. Dưới tác dụng của từ trường, nó bị từ hóa và trở thành dọc theo đường sức từ của nam châm điện, như đã biết, đi ra khỏi cực bắc và đi vào phía nam. Tất cả bốn cực đều nằm xung quanh vòng tròn ở cùng một khoảng cách với nhau. Đầu tiên, dòng điện được cung cấp cho II và III. Mũi tên đứng yên dọc theo trục giữa của các đường sức từ. Sau đó dòng điện được cung cấp cho nam châm điện thứ hai. Trong trường hợp này, các cực cùng tên sẽ được đặt gần đó. Bây giờ thanh dẫn hướng ở giữa của các đường sức từ sẽ đi từ giữa khoảng cách giữa I và II đến giữa III và IV, và mũi tên sẽ quay 45 độ. Hãy tắt nam châm điện thứ nhất và chỉ để cực II và IV hoạt động. Các đường sức sẽ hướng từ III đến IV, do đó mũi tên sẽ quay thêm 45 độ. Hãy bật lại nam châm điện đầu tiên, nhưng đồng thời chúng ta sẽ thay đổi dòng điện sao cho cực tính của nam châm thứ nhất thay đổi - mũi tên sẽ quay thêm 45 độ. Sau khi tắt nam châm điện thứ hai, kim sẽ di chuyển thêm 45 độ nữa, tức là nó sẽ quay một nửa vòng. Thật dễ dàng để tìm ra cách giúp cô ấy hoàn thành nửa sau của vòng tròn. Thiết bị mà chúng tôi mô tả về cơ bản tương ứng với động cơ Bailey, được phát minh vào năm 1879. Bailey đã chế tạo hai nam châm điện có bốn cực hình chữ thập mà ông có thể từ hóa bằng cách sử dụng một công tắc. Phía trên các cột ông lắp đặt một vòng tròn bằng đồng treo trên một điểm. Bằng cách thay đổi các cực của nam châm, bật và tắt chúng, ông đã làm cho vòng tròn quay theo cách giống hệt như đã xảy ra trong thí nghiệm Argo. Ý tưởng về một động cơ như vậy cực kỳ thú vị, vì không giống như động cơ DC hoặc động cơ điện đồng bộ, không cần cung cấp dòng điện cho rôto. Tuy nhiên, ở dạng mà Bailey đã tạo ra, động cơ không đồng bộ vẫn chưa thể được sử dụng: việc chuyển đổi nam châm điện trong nó xảy ra dưới tác động của một cổ góp phức tạp, và ngoài ra, nó có hiệu suất rất thấp. Nhưng trước khi loại động cơ điện này có quyền hoạt động, chỉ còn một bước nữa là nó đã được thực hiện sau sự ra đời của công nghệ dòng điện nhiều pha. Trên thực tế, dòng điện nhiều pha được sử dụng chủ yếu nhờ động cơ điện.
Ví dụ, để hiểu dòng điện hai pha là gì, hãy tưởng tượng hai dây dẫn độc lập với nhau, trong đó có hai dòng điện xoay chiều hoàn toàn giống hệt nhau chạy qua. Sự khác biệt duy nhất giữa chúng là chúng không đạt đến mức tối đa cùng một lúc. Những dòng điện như vậy được cho là lệch pha so với nhau và nếu những dòng điện này được cung cấp cho một thiết bị điện thì chúng được cho là được cấp nguồn bởi dòng điện hai pha. Theo đó, có thể có dòng điện ba pha (nếu thiết bị được cấp nguồn từ ba dòng điện giống hệt nhau lệch pha so với nhau), dòng điện bốn pha, v.v. Trong một thời gian dài, công nghệ chỉ sử dụng dòng điện xoay chiều thông thường (tương tự với dòng điện nhiều pha, bắt đầu được gọi là một pha). Nhưng sau đó hóa ra dòng điện nhiều pha trong một số trường hợp lại tiện lợi hơn nhiều so với dòng điện một pha.
Năm 1888, nhà vật lý người Ý Ferraris và nhà phát minh người Nam Tư Tesla (làm việc ở Mỹ) đã phát hiện ra hiện tượng trường điện từ quay. Bản chất của nó là như sau. Chúng ta hãy lấy hai cuộn dây, bao gồm cùng số vòng dây cách điện và đặt chúng vuông góc với nhau sao cho cuộn dây này khớp với cuộn dây kia. Bây giờ hãy tưởng tượng rằng cuộn 1 được dòng điện i1 chạy và cuộn 2 được dòng điện i2 chạy, và i1 chạy trước i2 cùng pha một phần tư chu kỳ. Điều này, như chúng ta đã nói, có nghĩa là i1 hiện tại đạt cực đại dương tại thời điểm i2 hiện tại bằng 0. Nếu chúng ta tưởng tượng cắt đôi cuộn dây theo mặt phẳng nằm ngang và nhìn từ trên xuống, chúng ta sẽ thấy các phần bốn cạnh của cả hai cuộn dây. Hãy đặt một cây kim nam châm giữa chúng và quan sát chuyển động của nó. Cuộn dây có dòng điện xoay chiều chạy qua gọi là nam châm điện. Từ trường của chúng sẽ tương tác với mũi tên, làm nó quay. Bây giờ chúng ta hãy xem xét vị trí của kim từ, trục của nó trùng với trục thẳng đứng của cuộn dây ở nhiều thời điểm khác nhau. Tại thời điểm ban đầu (t=1), dòng điện trong cuộn dây thứ nhất bằng 1 và ở thời điểm thứ hai nó đi qua một giá trị cực đại âm (chúng ta sẽ biểu thị chiều của dòng điện như được thực hiện trong kỹ thuật điện - với một dấu chấm và dấu chéo; dấu thập có nghĩa là dòng điện hướng từ người quan sát ra ngoài hình vẽ mặt phẳng và điểm - dòng điện hướng về phía người quan sát). Tại thời điểm t2, hai dòng điện iXNUMX và iXNUMX bằng nhau nhưng một chiều dương, một chiều âm. Tại thời điểm t2, giá trị của dòng điện i2 giảm xuống 1 và dòng điện i1 đạt giá trị cực đại. Mũi tên sẽ quay thêm 8/XNUMX lượt nữa. Theo dõi sự phát triển của quá trình theo cách này, chúng ta sẽ nhận thấy rằng vào cuối thời kỳ thay đổi của một trong các dòng điện, kim từ sẽ hoàn thành một vòng quay hoàn toàn quanh trục. Sau đó quá trình được lặp lại. Do đó, với sự trợ giúp của hai cuộn dây được cấp điện bởi hai dòng điện dịch chuyển tương đối với nhau cùng pha một phần tư chu kỳ, có thể đạt được hiệu ứng đảo ngược các cực từ giống như Bailey đã đạt được trong động cơ của mình, nhưng ở đây nó quay lại. đơn giản hơn nhiều, không cần bất kỳ bộ chuyển mạch nào và không sử dụng các tiếp điểm trượt, vì sự đảo chiều từ hóa được điều khiển bởi chính dòng điện. Trong kỹ thuật điện, hiệu ứng được mô tả được gọi là từ trường quay đều. Dựa trên đó, Tesla đã thiết kế động cơ không đồng bộ hai pha đầu tiên trong lịch sử. Nói chung, ông là người đầu tiên thử nghiệm dòng điện nhiều pha và giải thành công bài toán tạo ra dòng điện như vậy. Vì không dễ để có được dòng điện hai pha từ dòng điện một pha, Tesla đã chế tạo một máy phát điện đặc biệt có thể tạo ra cùng một lúc hai dòng điện có độ lệch pha là 90 độ (nghĩa là có độ trễ XNUMX/XNUMX chu kỳ) . Trong máy phát điện này, hai cuộn dây vuông góc với nhau quay giữa các cực của nam châm. Tại thời điểm vòng dây của một cuộn dây nằm dưới các cực và dòng điện cảm ứng trong chúng là cực đại thì vòng dây của cuộn dây kia nằm giữa các cực (trên đường trung tính) và suất điện động trong chúng bằng không. Do đó, hai dòng điện sinh ra trong các cuộn dây này cũng lệch pha nhau trong XNUMX/XNUMX chu kỳ.
Có thể tạo ra dòng điện ba pha theo cách tương tự (sử dụng ba cuộn dây tạo góc 60 độ với nhau), nhưng Tesla coi hệ thống hai pha là tiết kiệm nhất. Trong thực tế, hệ thống dòng điện nhiều pha đòi hỏi số lượng dây dẫn lớn. Nếu một động cơ hoạt động bằng dòng điện xoay chiều thông thường (một pha) chỉ cần hai dây nguồn, thì một động cơ hoạt động ở hai pha cần bốn dây, trên ba pha - sáu, v.v. Các đầu của mỗi cuộn dây được đưa ra các vòng nằm trên trục máy phát điện. Rôto động cơ cũng có một cuộn dây dạng hai cuộn dây đặt vuông góc với nhau, tự đóng lại (nghĩa là không có bất kỳ kết nối nào với mạch điện bên ngoài). Phát minh của Tesla đánh dấu sự khởi đầu một kỷ nguyên mới trong kỹ thuật điện và gây được sự quan tâm lớn trên toàn thế giới. Vào tháng 1888 năm XNUMX, Công ty Điện lực Westinghouse đã mua lại từ ông tất cả các bằng sáng chế cho hệ thống hai pha với giá một triệu đô la và đề nghị tổ chức sản xuất động cơ không đồng bộ tại các nhà máy của mình. Những động cơ này đã được bán vào năm sau. Chúng tốt hơn và đáng tin cậy hơn nhiều so với tất cả các mẫu đã tồn tại trước đó, nhưng không được sử dụng rộng rãi vì chúng được thiết kế rất kém. Cuộn dây stato trong chúng được chế tạo dưới dạng cuộn dây gắn trên các cực nhô ra. Việc thiết kế rôto ở dạng trống với hai cuộn dây đóng vuông góc với nhau cũng không thành công. Tất cả điều này làm giảm đáng kể chất lượng của động cơ cả khi khởi động và ở chế độ vận hành. Chẳng bao lâu, động cơ cảm ứng của Tesla đã được kỹ sư điện người Nga Dolivo-Dobrovolsky thiết kế lại và cải tiến đáng kể. Bị đuổi khỏi Học viện Bách khoa Riga năm 1881 vì lý do chính trị, Dolivo-Dobrovolsky rời sang Đức. Tại đây, ông tốt nghiệp Trường Kỹ thuật Cao cấp Darmstadt và năm 1887 bắt đầu làm việc cho công ty kỹ thuật điện lớn AEG của Đức. Cải tiến quan trọng đầu tiên mà Dolivo-Dobrovolsky đưa vào động cơ không đồng bộ là việc tạo ra một rôto có cuộn dây kiểu “lồng sóc”. Tất cả các mẫu động cơ cảm ứng đời đầu đều có rôto rất kém và do đó hiệu suất của những động cơ này thấp hơn so với các loại động cơ điện khác. (Ferraris, đã đề cập ở trên, đã tạo ra một động cơ hai pha không đồng bộ với hiệu suất khoảng 50% và coi đây là giới hạn.) Vật liệu chế tạo rôto ở đây rất quan trọng, vì nó phải đáp ứng hai điều kiện cùng một lúc: có điện trở thấp (để dòng điện cảm ứng có thể chạy tự do qua bề mặt của nó) và có tính thấm từ tốt (do đó năng lượng từ trường không bị lãng phí).
Từ quan điểm giảm điện trở, giải pháp thiết kế tốt nhất có thể là rôto ở dạng hình trụ bằng đồng. Nhưng đồng là chất dẫn kém đối với từ thông stato và hiệu suất của động cơ như vậy rất thấp. Nếu thay trụ đồng bằng trụ thép thì từ thông tăng mạnh, nhưng do độ dẫn điện của thép kém hơn đồng nên hiệu suất lại thấp. Dolivo-Dobrovolsky đã tìm ra cách thoát khỏi mâu thuẫn này: ông chế tạo rôto dưới dạng một hình trụ bằng thép (làm giảm lực cản từ của nó) và bắt đầu chèn các thanh đồng vào các kênh được khoan dọc theo ngoại vi của hình trụ (làm giảm lực cản từ). điện trở). Trên các bộ phận phía trước của rôto, các thanh này được kết nối điện với nhau (đóng lại với nhau). Giải pháp của Dolivo-Dobrovolsky hóa ra là giải pháp tốt nhất. Sau khi ông nhận được bằng sáng chế cho rôto của mình vào năm 1889, thiết bị của nó về cơ bản vẫn không thay đổi cho đến ngày nay. Sau đó, Dolivo-Dobrovolsky bắt đầu nghĩ đến việc thiết kế stato cho bộ phận đứng yên của động cơ. Đối với anh, thiết kế của Tesla có vẻ phi lý. Do hiệu suất của động cơ điện phụ thuộc trực tiếp vào mức độ từ trường của stato được sử dụng bởi rôto, do đó, càng có nhiều đường sức từ của stato được đóng với không khí (nghĩa là không đi qua bề mặt rôto), thì tổn thất điện năng càng lớn và hiệu suất càng thấp. Để ngăn điều này xảy ra, khoảng cách giữa rôto và stato phải càng nhỏ càng tốt. Theo quan điểm này, động cơ Tesla còn lâu mới hoàn hảo - các cực nhô ra của cuộn dây trên stato đã tạo ra một khoảng cách quá lớn giữa stato và rôto. Ngoài ra, ở động cơ hai pha, không thể đạt được chuyển động đồng đều của rôto. Dựa trên điều này, Dolivo-Dobrovolsky nhận ra hai nhiệm vụ cho mình: tăng hiệu suất của động cơ và đạt được tính đồng nhất cao hơn trong hoạt động của nó. Nhiệm vụ đầu tiên không khó - chỉ cần loại bỏ các cực nhô ra của nam châm điện và phân bổ đều các cuộn dây của chúng xung quanh toàn bộ chu vi của stato để hiệu suất động cơ tăng lên ngay lập tức. Nhưng làm thế nào để giải quyết vấn đề thứ hai? Sự quay không đều chỉ có thể giảm đáng kể bằng cách tăng số pha từ hai lên ba. Nhưng con đường này có hợp lý không? Để có được dòng điện ba pha, như đã đề cập, không khó. Việc chế tạo một động cơ ba pha cũng không khó - để làm được điều này, chỉ cần đặt ba cuộn dây trên stato thay vì hai và nối mỗi cuộn dây bằng hai dây với cuộn dây máy phát tương ứng là đủ. Động cơ này được cho là tốt hơn về mọi mặt so với động cơ hai pha của Tesla, ngoại trừ một điều - nó cần sáu dây để cấp nguồn, thay vì bốn dây. Vì vậy, hệ thống trở nên quá cồng kềnh và tốn kém. Nhưng có lẽ có thể kết nối động cơ với máy phát điện theo cách khác? Dolivo-Dobrovolsky đã mất nhiều đêm không ngủ để vẽ sơ đồ mạch điện nhiều pha. Trên những tờ giấy, anh phác thảo ngày càng nhiều lựa chọn mới. Và cuối cùng, một giải pháp hoàn toàn bất ngờ và khéo léo vì sự đơn giản của nó đã được tìm ra.
Thật vậy, nếu bạn tạo các nhánh từ ba điểm của phần ứng vòng của máy phát điện và nối chúng với ba vòng mà chổi quét dọc theo, thì khi phần ứng quay giữa các cực, dòng điện có cùng độ lớn sẽ được tạo ra trên mỗi chổi than, nhưng với một sự dịch chuyển thời gian cần thiết để cuộn dây chuyển động theo một cung tương ứng với góc 120 độ. Nói cách khác, các dòng điện trong mạch sẽ dịch chuyển tương đối với nhau cùng pha 120 độ. Nhưng hệ thống dòng điện ba pha này hóa ra còn có một đặc tính cực kỳ kỳ lạ nữa mà không hệ thống dòng điện nhiều pha nào khác có được - tại bất kỳ thời điểm tùy ý nào, tổng dòng điện chạy theo một hướng đều bằng giá trị của dòng điện thứ ba dòng điện chạy ngược chiều và tổng của cả ba dòng điện tại bất kỳ thời điểm nào đều bằng không. Ví dụ: tại thời điểm t1, dòng điện i2 đi qua mức cực đại dương và giá trị của dòng điện i1 và i3, có giá trị âm, đạt một nửa giá trị cực đại và tổng của chúng bằng dòng điện i2. Điều này có nghĩa là tại bất kỳ thời điểm nào, một trong các dây của hệ thống mang cùng một dòng điện theo một hướng trong khi hai dây còn lại mang theo hướng ngược lại. Do đó, có thể sử dụng từng dây trong số ba dây làm dây dẫn đầu ra cho hai dây còn lại, được kết nối song song và thay vì sáu dây, bạn có thể thực hiện chỉ với ba dây!
Để làm rõ điểm cực kỳ quan trọng này, chúng ta hãy chuyển sang một sơ đồ tưởng tượng. Hãy tưởng tượng rằng ba dây dẫn nối với nhau đi qua một vòng tròn quay quanh tâm của nó, trong đó có ba dòng điện xoay chiều lệch pha nhau 120 độ. Trong quá trình quay, mỗi dây dẫn nằm ở phần dương hoặc phần âm của vòng tròn và khi di chuyển từ phần này sang phần khác, dòng điện sẽ thay đổi hướng. Hệ thống này đảm bảo đầy đủ dòng chảy (lưu thông) bình thường của dòng điện. Trên thực tế, tại một thời điểm nào đó, dây dẫn I và II thấy chúng được mắc song song và dây III sẽ loại bỏ dòng điện khỏi chúng. Một thời gian sau, II di chuyển về cùng phía với III; bây giờ II và III hoạt động song song, còn I làm dây thoát dòng chung. Sau đó III di chuyển sang phía nơi tôi vẫn nằm; bây giờ II rút số tiền tương đương với số tiền mà III và tôi cùng cung cấp. Sau đó tôi di chuyển sang phía nơi II vẫn nằm, v.v.
Trong ví dụ đã cho, không có gì được nói về các nguồn hiện tại. Như chúng ta nhớ, nguồn này là một máy phát điện ba pha. Chúng ta hãy mô tả cuộn dây máy phát điện có ba cuộn dây. Để dòng điện chạy theo cách chúng tôi đã mô tả, những cuộn dây này có thể được nối với mạch điện theo hai cách. Ví dụ, chúng ta có thể đặt chúng trên ba cạnh của một hình tam giác, chẳng hạn như cạnh bên trái; do đó, thay vì ba cạnh của nó, chúng ta có ba cuộn dây I, II và III, trong đó dòng điện được tạo ra với độ lệch pha là 1/3 chu kỳ. Chúng ta cũng có thể dịch chuyển điểm đặt sức điện động đến hai đầu của dây dẫn song song. Nếu chúng ta đặt cuộn dây ở đây, chúng ta sẽ có một kết nối khác. Các hình tam giác, hiện chỉ đóng vai trò kết nối dẫn điện cho ba đầu bên trái của cuộn dây, có thể được kéo lại với nhau về một điểm. Các kết nối này, kết nối đầu tiên được gọi là "delta" và kết nối thứ hai là "sao", được sử dụng rộng rãi trong cả động cơ và máy phát điện.
Dolivo-Dobrovolsky chế tạo động cơ không đồng bộ ba pha đầu tiên vào mùa đông năm 1889. Phần ứng vòng của máy điện một chiều có 24 khe nửa kín được sử dụng làm stato. Tính đến những sai lầm của Tesla, Dolivo-Dobrovolsky đã phân bổ các cuộn dây thành các rãnh xung quanh toàn bộ chu vi của stato, điều này giúp cho việc phân bổ từ trường trở nên thuận lợi hơn. Rôto có dạng hình trụ với các cuộn dây “có dạng lồng sóc”. Khe hở không khí giữa rôto và stato chỉ là 1 mm, vào thời điểm đó đây là một quyết định táo bạo vì khe hở thường được làm lớn hơn. Các thanh lồng sóc không có lớp cách nhiệt. Là nguồn dòng điện ba pha, máy phát điện một chiều tiêu chuẩn đã được sử dụng, chuyển đổi thành máy phát điện ba pha như mô tả ở trên. Ấn tượng từ lần ra mắt động cơ đầu tiên đối với ban lãnh đạo AEG là rất lớn. Nhiều người thấy rõ rằng con đường dài đầy chông gai để tạo ra động cơ điện công nghiệp cuối cùng đã hoàn thành. Xét về các chỉ số kỹ thuật, động cơ của Dolivo-Dobrovolsky vượt trội hơn tất cả các động cơ điện tồn tại vào thời điểm đó - có hiệu suất rất cao, chúng hoạt động hoàn hảo ở mọi chế độ, đáng tin cậy và dễ sử dụng. Vì vậy, chúng ngay lập tức trở nên phổ biến khắp thế giới. Kể từ thời điểm đó, việc đưa động cơ điện vào mọi lĩnh vực sản xuất nhanh chóng và điện khí hóa rộng rãi trong công nghiệp bắt đầu. Tác giả: Ryzhov K.V.
Da nhân tạo để mô phỏng cảm ứng
15.04.2024 Cát vệ sinh cho mèo Petgugu Global
15.04.2024 Sự hấp dẫn của những người đàn ông biết quan tâm
14.04.2024
▪ Hình ảnh MRI trở nên rõ ràng hơn ▪ Chuột được nuôi cấy bằng tế bào người ▪ Mạch điện nhanh và linh hoạt cho thiết bị điện tử đeo được
▪ phần của trang web Nguồn điện. Lựa chọn các bài viết ▪ bài viết Chỉ có người yêu mới có tư cách đàn ông. biểu hiện phổ biến ▪ bài viết Để nghe album nào bạn cần bốn hệ thống âm thanh? đáp án chi tiết ▪ Bài báo Làm việc trên máy gấp dao cassette. Hướng dẫn tiêu chuẩn về bảo hộ lao động ▪ bài báo Khăn ăn nảy ra khỏi sàn nhà. bí mật tập trung
Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web
www.diagram.com.ua |
Chúng tôi giới thiệu các bài viết thú vị razdela 
Xem các bài viết khác razdela 
Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất:
Tất cả các ngôn ngữ của trang này