Тот факт, что электроприводы являются частью нашей сегодняшней жизни, проясняет их смысл: ни кассетный магнитофон, ни DVD-плеер, ни стеклоподъемник, ни удобный регулятор положения сиденья в автомобиле, ни лекарственный насос, ни современный протез ноги не сработали бы, если бы не изобретатели и ученые 19-го века. Пионеры заложили фундамент. Эти основы, прежде всего знания в области электродинамики и передачи энергии, а затем и изобретения в области электротехники, которые сегодня являются основой для автоматизации, электрификации и, в конечном итоге, промышленности 4.0. То, что сегодня кажется таким естественным для нас, - это борьба за свое место в промышленности в конце 19-го и начале 20-го века. Насколько жестким было внедрение трехфазных двигателей,это короткое отступление должно показать в истории.
Картинная галерея
Картинная галерея с 14 картинками
Хотя идеи Леонардо да Винчи о приводных машинах уже можно найти в заметках, их время еще не пришло: он не мог решить проблему с источником энергии. Вместо этого он изобретает прокатные станы, автоматические печатные машины или сверлильные станки, тем самым развивая идею автоматизированного производства в больших количествах. Однако в XVI и XVII веках в качестве движущей энергии использовалась гидро-, ветровая энергия, сила мышц человека и животных. Это означало, что индустриализация, как мы ее знаем сегодня, была невозможна.
Электрический двигатель
Проект разрабатывает редкоземельные электродвигатели
Но жажда энергии росла: особенно при добыче полезных ископаемых уже не хватало для добычи руд с еще больших глубин; но другие отрасли промышленности также достигли своих пределов с помощью воды и энергии ветра. Идея использования энергии пара возникла еще в древности, но годный к употреблению паровой двигатель не был разработан до 18-го века. Однако изобретение конденсатора Джеймсом Уаттом в 1765 году было необходимо для того, чтобы превратить его в эффективный паровой двигатель, который можно было использовать в промышленности в 1769 году, - приводной механизм, открывший великий век индустриализации. Он постоянно совершенствовался и менял не только промышленность, но и работу людей и всего западного общества.
Ни один электродвигатель не работает без энергии
Учитывая размеры парового двигателя, понятно, что он в первую очередь подходит для крупных отраслей, таких как обработка и обработка металлов или текстильная промышленность, не говоря уже о затратах. Профессии и предприятия смогли удовлетворить свои потребности в двигателях соответствующего размера гораздо позже: с помощью электродвигателей.
Само исследование электрических машин началось в начале 19-го века, объединив открытия ученых, таких как Майкл Фарадей, Кристиан Эрстед и Генрих Фридрих Эмиль Ленц. Но только инженеру Морицу Герману Якоби удалось построить первый полезный мотор в 1834 году. Для этой «магнитной машины», как он назвал двигатель, он использовал восемь электромагнитов для неподвижной и движущейся части. Чтобы двигатель работал, Якоби разработал коммутатор для изменения текущего направления. Итак, Якоби доказал, что электромотор может работать, но он потерпел неудачу из-за необходимого источника энергии. Царь Николай I дал ему дорогие цинк-платиновые батареи для своих экспериментов.
Таким образом, пройдет еще несколько десятилетий, прежде чем электродвигатели смогут использоваться для привода машин. Кроме того, даже до 1870-х годов многие инженеры все еще сомневались в том, что «магнетизм и электричество» могут быть использованы в качестве «движущих сил в промышленности» (д-р Джулиус Дуб, 1873, «Применение электромагнетизма»). В конце концов, не было непрерывного, неограниченного источника питания. И многочисленные инженеры работали над этим параллельно. Один из них сыграл большую роль в этом развитии: Werner Siemens. В 1866 году он открыл динамоэлектрический принцип и разработал динамо на его основе. Его генератор нужно было только сначала подключить к батарее, чтобы создать магнитное поле в электромагните. После этого часть вырабатываемой электроэнергии всегда использовалась для дальнейшего усиления магнитного поля, пока электромагнит не достиг своей максимальной напряженности поля. Если генератор был выключен, все еще было достаточно сильное магнитное поле для следующего запуска. Это наконец сделало постоянный, но экономичный источник электричества доступным.
Передача электроэнергии между шоу и задней комнатой
С сегодняшней точки зрения это могло бы расчистить путь для электродвигателя. Но у него было соревнование: тем временем на основе парового двигателя были созданы различные колебательные машины или маленькие паровые двигатели, и все чаще использовались газовые, стерлинговые, а затем и бензиновые двигатели. Были также две проблемы, которые еще не были решены с электродвигателем: с одной стороны, мощность не могла быть рассчитана заранее, так что инженеры рассчитали размер машины в соответствии с «опытом»; с другой стороны, ущерб был вызван потеплением.
Учитывая быстрое развитие электротехники в течение 1880-х годов, такие препятствия могут быть быстро преодолены. Чем больше вы смотрите на электродвигатели, тем больше преимуществ вы видите по сравнению с предыдущими приводами: они не требуют прочного фундамента, могут использоваться в занятых помещениях, выдерживают влажность, могут устанавливаться в самых разных местах и занимают мало места. Тем не менее, не может быть и речи о массовом продукте, особенно в промышленности. В дополнение к горному делу и металлургии, первые применения часто были там, где предыдущие приводы были невозможны или трудны в использовании: трамваи, локомотивы, лифты или краны. Это были массово эффективные области применения, исследования для использования в промышленности и ремесла проводились «в задней комнате».
Электрический двигатель
Исследователи разрабатывают пластиковые электродвигатели с непосредственным охлаждением
Трехфазный асинхронный двигатель делает электроприводы подходящими для масс
Затем, однако, открытие многофазного переменного тока сильно изменилось. До сих пор двигатели постоянного тока с очень низким КПД использовались до тех пор, пока Galileo Ferraris не обнаружил, как вращающееся поле может создаваться при многофазных токах переменного тока. Тесла также попытался сделать это в конце 1880-х годов, но не смог разработать убедительный двигатель переменного тока. Это было достигнуто в 1889 году главным разработчиком AEG Михаилом фон Доливо-Добровольским: он изобрел трехфазный асинхронный двигатель - сегодня известный как трехфазный асинхронный двигатель. КПД этого двигателя 75 кВт был уже 80%.
Менее чем через десять лет Эмиль Циль, позднее основатель Ziehl-Abegg, разработал двигатель с внешним ротором для Berliner Maschinenbau AG. Тем не менее: внедрение электроприводов переменного тока было медленным. Для сравнения, однако, исследования были довольно быстрыми примерно с 1890 года: инженеры быстро разработали методы расчета для трехфазных двигателей, письменные документы, изобрели методы охлаждения и решили проблему запуска. Необходимо было убедиться, что крутящий момент был достаточным, не перегружая сеть. Это все еще было проблемой, так что вместо более дешевых электродвигателей с контактными кольцами, которые были более подвержены поломкам и более дорогостоящими, приходилось использовать мощность более 0,75 кВт. Электроэнергетические компании также устанавливают жесткие условия подключенияэто оставалось в силе в течение 25 лет. Только в 1930-х годах широкое распространение трехфазных двигателей значительно расширилось после использования роторов с положительным рабочим объемом и лучшими пусковыми свойствами. Кроме того, теперь стало возможным рентабельное серийное производство двигателей меньшего размера, поскольку ротор мог быть изготовлен из литого под давлением алюминия.
Содержание статьи:
- Страница 1: Как электродвигатель стал незаменимым
- Страница 2: Небольшие машины впервые используют электроприводы
Следующая страница
Файлы статей и ссылки на статьи
Ссылка: Показать с помощью мыши: Как работает электродвигатель?
Ссылка: VDE: Хроника электротехники - электродвигатели и электроприводы
Ссылка: KIT: Изобретение электродвигателя
Ссылка: Рубен Эрленштедт: электродвигатель - история
Ссылка: Historischer Elektromaschinenbau Leipzig eV: первый эффективный электродвигатель
Ссылка: Немецкий музей: Динамо-машина от Werner Siemens
Ссылка: Siemens: конструктивный подвиг
Ссылка: WDR: 25 февраля 1837 года - запатентован электродвигатель
Ссылка: Музей Генри Форда: Что делать, если мир бежит на парах?
Ссылка: краткая история приводов переменного тока