в каком году изобрели электродвигатель
История создания первого электродвигателя
Из истории электромобиля мы знаем, что первый электродвигатель появился раньше двигателя внутреннего сгорания. Как это было… Работы Андре-Мари Ампера, объединившие два разобщенных ранее явления — магнетизм и электричество, вдохновили другого гениального ученого — Майкла Фарадея. Открытия Ампера, Эрстеда и Араго побудили английского физика заняться вопросом о превращении магнитной и электрической энергии в механическую. В 1821 году поставленная задача была решена с помощью специального прибора, в котором было продемонстрировано явление непрерывного электромагнитного вращения.
После удачного эксперимента Фарадей поставил себе новую задачу о превращении магнетизма в электричество. Явление, составляющее основу современной электроэнергетики, было открыто английским ученым лишь через десять лет. Оно было названо электромагнитной индукцией. Спустя 3 года русский физик Эмилий Ленц, обобщив проделанные Фарадеем опыты, сформулировал новый фундаментальный закон, дававший возможность безошибочно определить направление индуцированного тока.
Так называемый принцип обратимости был доказан Ленцем не только теоретически, но и экспериментально: катушка, при ее вращении между полюсами магнита, генерировала электрический ток, обратная реакция заключалась в том, что катушка начинала вращаться, если в нее посылали ток. Исследование английского физика и опыты русского академика сыграли решающую роль в истории электродвигателя и развитии всего электромашиностроения в целом.
Первые попытки создания электродвигателя
Разработки теоретических предпосылок моментально дали толчок для создания первых электродвигателей и генераторов электрического тока. В 1824 году английский физик и математик Питер Барлоу с помощью прибора наглядно продемонстрировал возможность превращения электрической энергии в механическую. Колесо Барлоу представляло собой два горизонтально расположенных П-образных постоянных магнита, под которыми на одной оси размещены два медных зубчатых колеса. Когда через колеса проходил ток, они начинали вращаться в одном направлении.
При этом ученый заметил, что смена полярности контактов и полюсов магнитов изменяла и направлении вращения колес. По сути, Барлоу изобрел первый униполярный электродвигатель. Его опыт дал пищу для размышления другим изобретателям, и уже в 1831 году была представлена еще одна модель электродвигателя. На этот раз Д. Генри сделал попытку использовать для получения качательного движения отталкивание одноименных и притяжения разноименных магнитных полюсов.
Первый электродвигатель с возможностью практического применения
Модели, созданные Барлоу и Генри, представляли собой электрические устройства с качательными или возвратно-поступательными движениями малой удельной мощности, посему не имели практического применения, а о серийном производстве электромобилей даже и речи не могло быть. Первый электродвигатель с непосредственным вращением рабочего вала был создан в 1834 году физиком и академиком Борисом Якоби. Но стоит отметить, что впервые идею о создании более современного электродвигателя с вращательным движением высказал английский ученый В. Риччи еще в 1833 году. Был ли знаком Якоби с работой Риччи, неизвестно.
Двигатель Якоби состоял из двух групп электромагнитов. Попеременное изменение полярностей подвижных электромагнитов происходило путем специального коммутатора. Принцип этого устройства используется в некоторых современных электродвигателях. Мощность двигателя составляла всего 15 Вт, при частоте вращения ротора 80-120 об/мин.
В 1837 году Якоби обратился к Министру народного просвещения графу С. Уварову с предложением о практическом применении своего электродвигателя. О предложении русского академика было доложено Николаю I. Император дал добро на создание «Комиссии для производства опытов относительно приспособления электромагнитной силы к движению машин по способу Якоби».
Первый электродвигатель был далеко не совершенным и, конечно же, очень слабым. Так считал и сам академик, поэтому все средства выделенные комиссии были потрачены на усовершенствование электрической схемы. В 1838 году по Неве шел катер с 12 пассажирами, среди которых были физик Ленц, адмирал Крузенштерн и сам Якоби. Шлюпка крайне удивила гуляющих в тот день по набережной — никто из ее пассажиров не греб веслами.
Заменил гребцов электродвигатель мощностью 0.6 кВт, питаемый от 320 гальванических элементов. Испытания прошли весьма удачно, и сенсационная новость о первом практическом применении электродвигателя разлетелась по всему миру.
Видео: создание простейшего электродвигателя
История создания электродвигателя
Первые эксперименты с электромагнитными устройствами
Электромеханика является относительно молодой, по историческим меркам, отраслью науки и техники.
1800, Вольта
Итальянский физик, химик и физиолог, Алессандро Вольта, первый в мире создал химический источник тока.
1820, Эрстед
Датский ученый, физик, Ханс Кристиан Эрстед, обнаружил на опыте отклоняющее действие тока на магнитную стрелку.
1821, Фарадей
Британский физик-экспериментатор и химик, Майкл Фарадей, опубликовал трактат «О некоторых новых электромагнитных движениях и о теории магнетизма», где описал, как заставить намагниченную стрелку непрерывно вращаться вокруг одного из магнитных полюсов. Эта конструкция впервые реализовала непрерывное преобразование электрической энергии в механическую. Принято считать ее первым электродвигателем в истории.
1822, Ампер
Французский физик, Андре Мари Ампер, открыл магнитный эффект соленоида (катушки с током), откуда следовала идея эквивалентности соленоида постоянному магниту. Среди прочего Ампер предложил использовать железный сердечник, помещенный внутрь соленоида, для усиления магнитного поля. В 1820 году им был открыт закон Ампера.
1822, Барлоу
Английский физик и математик, Питер Барлоу, изобрел колесо Барлоу, по сути, униполярный электродвигатель.
1825, Араго
Французский физик и астроном, Доминик Франсуа Жан Араго, опубликовал опыт показывающий, что вращающийся медный диск заставляет вращаться магнитную стрелку, подвешенную над ним.
1825, Стёрджен
Британский физик, электротехник и изобретатель, Уильям Стёрджен, в 1825 изготовил первый электромагнит, который представлял из себя согнутый стержень из мягкого железа с обмоткой из толстой медной проволоки.
1827, Йедлик
Венгерский физик и электротехник, Аньош Иштван Йедлик, изобрел первую в мире динамо-машину (генератор постоянного тока), однако практически не объявлял о своем изобретении до конца 1850-х годов.
1831, Фарадей
Английский физик, Майкл Фарадей, открыл электромагнитную индукцию, то есть явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него. Формулировка закона электромагнитной индукции.
1831, Генри
Американский физик, Джозеф Генри, независимо от Фарадея обнаружил взаимоиндукцию, но Фарадей раньше опубликовал свои результаты.
1832, Пикси
Француз, Ипполит Пикси, сконструировал первый генератор переменного тока. Устройство состояло из двух катушек индуктивности с железным сердечником напротив которых располагался вращающийся магнит подковообразной формы, который приводился в движение вращением рычага. Позже для получения постоянного пульсирующего тока к этому устройству был добавлен коммутатор.
1833, Стёрджен
Британский физик, Уильям Стёрджен, публично продемонстрировал электродвигатель на постоянном токе в Марте 1833 года в Аделаидской галерее практической науки в Лондоне. Данное изобретение считается первым электродвигателем, который можно было использовать.
1833, Ленц
В начале в электромеханике разграничивали магнито-электрические машины (электрические генераторы) и электро-магнитные машины (электрические двигатели). Российский физик (немецкого происхождения), Эмилий Христианович Ленц, опубликовал статью о законе взаимности магнито-электрических явлений, то есть о взаимозаменяемости электрического двигателя и генератора.
Первые реальные электрические двигатели
Май 1834, Якоби
Немецкий и русский физик, академик Императорской Санкт-Петербургской Академии Наук, Борис Семенович (Мориц Герман фон) Якоби, изобрел первый в мире электродвигатель с непосредственным вращением рабочего вала. Мощность двигателя составляла около 15 Вт, частота вращения ротора 80-120 оборотов в минуту. До этого изобретения существовали только устройства с возвратно-поступательным или качательным движением якоря.
200 лет электродвигателю
Электромотор Фарадея 1822 года
В 1820 году датский физик Ханс Кристиан Эрстед ввел электромагнитную теорию в состояние замешательства. Натурфилософы того времени считали, что электричество и магнетизм — это два разных явления, но Эрстед предположил, что поток электричества через провод создает вокруг него магнитное поле. Французский физик Андре-Мари Ампер увидел демонстрацию эксперимента Эрстеда, в котором электрический ток отклонял магнитную иглу, и разработал математическую теорию для объяснения этой взаимосвязи.
Английский ученый Майкл Фарадей вскоре вступил в полемику, когда Ричард Филлипс, редактор журнала «Анналы философии», попросил его написать статью об истории электромагнетизма — области, которой было всего около двух лет и которая явно находилась в состоянии становления.
Фарадей был интересным кандидатом для этой задачи, о чем Нэнси Форбс и Бэзил Махон рассказывают в своей книге 2014 года «Фарадей, Максвелл и электромагнитное поле». Он родился в 1791 году и получил лишь самое скромное образование в церковной школе в своей деревне Ньюингтон, Суррей (сейчас это часть Южного Лондона). В возрасте 14 лет он стал подмастерьем у переплетчика. Он прочитал много книг, которые переплетал, и продолжал искать возможности учиться дальше. В 1812 году, когда ученичество Фарадея подходило к концу, один из клиентов переплетчика предложил Фарадею билет на прощальную лекцию Хамфри Дэви в Королевском институте Великобритании.
Дэви, который был всего на 13 лет старше Фарадея, уже прославился как химик. Он открыл натрий, калий и несколько соединений, а также изобрел шахтерскую лампу. Кроме того, он был харизматичным оратором. Фарадей делал подробные записи лекций и отправлял копии Дэви с просьбой о трудоустройстве. Когда в Королевском институте открылась вакансия ассистента по химии, Дэви взял Фарадея на работу.
Фарадей (слева), Дэви (справа).
Дэви был наставником Фарадея и обучил его принципам химии. Фарадей отличался ненасытным любопытством, и его репутация в Королевском институте росла. Но когда Филлипс попросил Фарадея написать обзорную статью для «Анналов», он только начинал заниматься электромагнетизмом и был несколько обескуражен математикой Ампера.
В душе Фарадей был экспериментатором, поэтому, чтобы написать подробный отчет, он повторил эксперименты Эрстеда и попытался следовать рассуждениям Ампера. Его «Исторический очерк электромагнетизма», опубликованный анонимно в «Анналах», описывал состояние этой области, текущие исследовательские вопросы и экспериментальную аппаратуру, теоретические разработки и основных участников. (Краткое изложение статьи Фарадея см. в статье Aaron D. Cobb «Michael Faraday’s ‘Historical Sketch of Electro-Magnetism’ and the Theory-Dependence of Experimentation» в декабрьском выпуске Philosophy of Science за 2009 год («Исторический очерк электромагнетизма Майкла Фарадея» и зависимость экспериментов от теории « в декабрьском выпуске 2009 года Философия науки).
Реконструируя эксперименты Эрстеда, Фарадей не был полностью убежден, что электричество действует как жидкость, протекая по проводам так же, как вода по трубам. Вместо этого он думал об электричестве как о колебаниях, возникающих в результате напряжения между проводящими материалами. Эти мысли заставляли его экспериментировать.
3 сентября 1821 года Фарадей наблюдал круговое вращение провода, притягиваемого и отталкиваемого магнитными полюсами. Он зарисовал в своем блокноте вращение по часовой стрелке вокруг южного полюса магнита и обратное вращение вокруг северного полюса. «Очень убедительно», — написал он в своем дневнике о проведенном эксперименте, — «но надо сделать более разумный прибор».
На следующий день у него все получилось. Он взял глубокий стеклянный сосуд, закрепил в нем магнит вертикально с помощью воска, а затем наполнил сосуд ртутью так, чтобы магнитный полюс находился чуть выше поверхности. Он опустил в ртуть жесткую проволоку и подключил прибор к батарее. Когда по цепи проходил ток, он создавал круговое магнитное поле вокруг проволоки. Когда ток в проволоке взаимодействовал с постоянным магнитом, закрепленным на дне блюда, проволока вращалась по часовой стрелке. На другой стороне прибора провод был закреплен, а магнит мог свободно перемещаться, что он и делал по кругу вокруг провода.
Чтобы ознакомиться с наглядной анимацией работы аппарата Фарадея, посмотрите это учебное пособие, созданное Национальной лабораторией высоких магнитных полей. А для желающих собрать свой собственный двигатель Фарадея можно посмотреть это видео:
Хотя устройство Фарадея было отличным доказательством концепции, оно было не так уж полезно, разве что в качестве салонного фокуса. Вскоре люди стали расхватывать карманные двигатели в качестве подарков.
Хотя оригинального моторчика Фарадея больше не существует, зато существует тот, который он построил в следующем году; он хранится в коллекции Королевского института и изображен на фото в начале публикации. Эта простая на вид конструкция является самым ранним примером электродвигателя, первого устройства, превращающего электрическую энергию в механическое движение.
Последствия изобретения Фарадея
Фарадей знал силу быстрой публикации, и менее чем за месяц он написал статью «О некоторых новых электромагнитных движениях и теории электромагнетизма», которая была опубликована в следующем номере «Ежеквартального журнала науки, литературы и искусства». К сожалению, Фарадей не оценил необходимость полного признания вклада других в открытие.
Дэви обладал печально известным чувствительным эго. Он также был расстроен тем, что Фарадей не отметил должным образом его друга Уильяма Хайда Волластона, который более года изучал проблему вращательного движения с помощью токов и магнитов. Фарадей упоминает обоих в своей статье, а также Ампера, Эрстеда и некоторых других. Но он не называет никого из них своим соавтором, помощником или сооткрывателем. Фарадей не работал непосредственно с Дэви и Волластоном над их экспериментами, но он подслушал разговор между ними и понял направление их работы. Кроме того, в ранних публикациях было принято (и до сих пор принято) отмечать заслуги своего консультанта.
Фарадей пытался очистить свое имя от обвинений в плагиате и в основном преуспел в этом, хотя его отношения с Дэви оставались напряженными. Когда Фарадей был избран членом Королевского общества в 1824 году, единственный голос против подал президент общества, Хамфри Дэви.
Следующие несколько лет Фарадей избегал работы в области электромагнетизма. Было ли это его собственным выбором или он был вынужден сделать его из-за того, что Дэви поручил ему трудоемкие обязанности в Королевском институте, вопрос открытый.
Одним из заданий Фарадея было спасение финансов Королевского института, что он и сделал, оживив серию лекций и введя популярную рождественскую лекцию. Затем в 1825 году Королевское общество попросило его возглавить Комитет по улучшению стекла для оптических целей — попытку возродить британскую стекольную промышленность, которая уступила позиции французским и немецким производителям линз. Это была утомительная, бюрократическая работа, которую Фарадей выполнял как патриотический долг, но рутина и постоянные неудачи выбили его из колеи.
Эксперименты Фарадея в 1831 году привели к созданию трансформатора и динамо-машины
В 1831 году, через два года после смерти Дэви и после завершения работы Фарадея в рабочей группе над стекольным проектом, он вернулся к экспериментам с электричеством, занявшись акустикой. Он объединился с Чарльзом Уитстоном для изучения звуковых колебаний. Фарадея особенно интересовало, как звуковые колебания можно наблюдать, когда скрипичный смычок проводит по металлической пластине, слегка присыпанной песком, создавая отчетливые узоры, известные как фигуры Хладни. В этом видеоролике:
Фарадей изучал нелинейные стоячие волны, образующиеся на поверхности жидкости, которые сегодня известны как волны Фарадея или пульсации Фарадея. Он опубликовал свое исследование «О своеобразном классе акустических фигур; и о некоторых формах, принимаемых группами частиц на вибрирующих упругих поверхностях» в «Философских трудах Королевского общества».
Все еще убежденный в том, что электричество каким-то образом вибрирует, Фарадей задался вопросом, может ли электрический ток, проходящий через проводник, вызвать ток в соседнем проводнике. Это привело его к одному из самых известных изобретений и экспериментов — индукционному кольцу. 29 августа 1831 года Фарадей подробно описал в своем блокноте эксперимент со специально подготовленным железным кольцом. Он обмотал одну сторону кольца тремя отрезками изолированной медной проволоки, каждый длиной около 24 футов (7 метров). Другую сторону он обмотал примерно 60 футами (18 метрами) изолированной медной проволоки. (Хотя он описывает только собранное кольцо, на обмотку проводов у него, вероятно, ушло много дней. Современные экспериментаторы, создавшие реплику, потратили на это 10 дней). Затем он начал заряжать одну сторону кольца и наблюдать за эффектом на магнитной игле, расположенной на небольшом расстоянии. К своему восторгу, он смог вызвать электрический ток от одного набора проводов к другому, создав таким образом первый электрический трансформатор.
Фарадей не прекращал эксперименты до осени 1831 года, на этот раз с постоянным магнитом. Он обнаружил, что может производить постоянный ток, вращая медный диск между двумя полюсами постоянного магнита. Это было первое динамо и прямой предок действительно полезных электродвигателей.
Спустя двести лет после открытия электродвигателя Майкла Фарадея по праву помнят за все его работы в области электромагнетизма, а также за его способности химика, лектора и экспериментатора. Но сложные отношения Фарадея с Дэви также говорят о проблемах учеников (и наставников), издательской деятельности, а также о том, как держать (или не держать) личные обиды. Иногда говорят, что Фарадей стал величайшим открытием Дэви, что несколько несправедливо по отношению к Дэви, который сам по себе был достойным ученым. Когда репутация Фарадея начала затмевать репутацию его наставника, Фарадей допустил несколько ошибок, ориентируясь в урезанном, чувствительном ко времени мире научных публикаций. Но он продолжал делать свою работу — и делал ее хорошо, — внося неизменный вклад в работу Королевского института. Через десять лет после своего первого открытия в области электромагнетизма он превзошел себя в другом. Неплохо для самоучки с слабым знанием математики.
НПП ИТЭЛМА всегда рада молодым специалистам, выпускникам автомобильных, технических вузов, а также физико-математических факультетов любых других высших учебных заведений.
У вас будет возможность разрабатывать софт разного уровня, тестировать, запускать в производство и видеть в действии готовые автомобильные изделия, к созданию которых вы приложили руку.
В компании организован специальный испытательный центр, дающий возможность проводить исследования в области управления ДВС, в том числе и в составе автомобиля. Испытательная лаборатория включает моторные боксы, барабанные стенды, температурную и климатическую установки, вибрационный стенд, камеру соляного тумана, рентгеновскую установку и другое специализированное оборудование.
Если вам интересно попробовать свои силы в решении тех задач, которые у нас есть, пишите в личку.
Мы большая компания-разработчик automotive компонентов. В компании трудится около 2500 сотрудников, в том числе 650 инженеров.
Мы, пожалуй, самый сильный в России центр компетенций по разработке автомобильной электроники. Сейчас активно растем и открыли много вакансий (порядка 30, в том числе в регионах), таких как инженер-программист, инженер-конструктор, ведущий инженер-разработчик (DSP-программист) и др.
У нас много интересных задач от автопроизводителей и концернов, двигающих индустрию. Если хотите расти, как специалист, и учиться у лучших, будем рады видеть вас в нашей команде. Также мы готовы делиться экспертизой, самым важным что происходит в automotive. Задавайте нам любые вопросы, ответим, пообсуждаем.
Электродвигатель. История создания.
Величайшим техническим достижением конца XIX века стало изобретение промышленного электродвигателя. Этот компактный, экономичный, удобный мотор вскоре сделался одним из важнейших элементов производства, вытеснив другие виды двигателей отовсюду, куда только можно было доставить электрический ток. Электрические двигатели появились еще во второй четверти XIX столетия, но прошло несколько десятилетий, прежде чем создались благоприятные условия для их повсеместного внедрения в производство.
Двигатель Якоби для своего времени был самым совершенным электротехническим устройством. В том же 1834 году подробное сообщение о принципах его работы было представлено Парижской Академии наук.
В 1838 году Якоби усовершенствовал свой электромотор и, установив его на гребном боте, с десятью спутниками совершил небольшое плавание по Неве со скоростью 4,5 км/ч. Источником тока ему служила мощная батарея гальванических элементов.
До тех пор, пока не был изобретен и внедрен в производство совершенный электрический генератор, электродвигатели не могли найти широкого применения, так как питать их от батареи было слишком дорого и невыгодно. Кроме того, в силу разных причин двигатели постоянного тока получили лишь ограниченное применение. Гораздо более важную роль играют в производстве электромоторы, работающие на переменном токе, к рассмотрению которых мы теперь переходим.
Для переменного тока необходима особая конструкция двигателя. Изобретатели не сразу смогли найти ее. Прежде всего была разработана модель так называемого синхронного двигателя переменного тока. Один из первых таких двигателей построил в 1841 году Чарльз Уитстон.
Изобретение Теслы знаменовало собой начало новой эры в электротехнике и вызвало к себе живейший интерес во всем мире. Уже в июне 1888 году фирма «Вестингауз Электрик Компани» купила у него за миллион долларов все патенты на двухфазную систему и предложила организовать на своих заводах выпуск асинхронных двигателей.
Вско
ре индукционный двигатель Теслы был значительно переработан и усовершенствован русским электротехником Доливо-Добровольским. Первым важным новшеством, которое внес Доливо-Добровольский в асинхронный двигатель, было создание ротора с обмоткой «в виде беличьей клетки». Во всех ранних моделях асинхронных двигателей роторы были очень неудачными, и поэтому КПД этих моторов был ниже, чем у других типов электрических двигателей. Большое значение играл здесь материал, из которого изготавливался ротор, поскольку тот должен был удовлетворять сразу двум условиям: иметь малое электрическое сопротивление и иметь хорошую магнитную проницаемость. С точки зрения уменьшения электрического сопротивления лучшим конструктивным решением мог бы стать ротор в виде медного цилиндра. Но медь плохой проводник для магнитного потока статора и, КПД такого двигателя был очень низким. Если медный цилиндр заменяли стальным, то магнитный поток резко возрастал, но, поскольку электрическая проводимость стали меньше, чем меди, КПД опять был невысоким.
Доливо-Добровольский нашел выход из этого противоречия: он выполнил ротор в виде стального цилиндра, а в просверленные по периферии последнего каналы стал закладывать медные стержни. На лобовых частях ротора эти стержни электрически соединялись друг с другом. Решение Доливо-Добровольского оказалось наилучшим. После того как он получил в 1889 году патент на свой ротор, его устройство принципиально не менялось вплоть до настоящего времени.
Свой первый трехф
азный асинхронный двигатель Доливо-Добровольский построил зимой 1889 года. В качестве статора в нем был использован кольцевой якорь машины постоянного тока с 24-мя полузакрытыми пазами.
Учитывая ошибки Теслы, Доливо-Добровольский рассредоточил обмотки в пазах по всей окружности статора, что делало более благоприятным распределение магнитного поля. Ротор был цилиндрическим с обмотками «в виде беличьей клетки». Воздушный зазор между ротором и статором составлял всего 1 мм, что по тем временам было смелым решением, так как обычно зазор делали больше. Стержни «беличьей клетки» не имели никакой изоляции. В качестве источника трехфазного тока был использован стандартный генератор постоянного тока, перестроенный в трехфазный генератор так, как это было описано выше.
Впечатление, произведенное первым запуском двигателя на руководство АЭГ, было огромным. Для многих стало очевидно, что долгий тернистый путь создания промышленного электродвигателя наконец пройден до конца. По своим техническим показателям двигатели Доливо-Добровольского превосходили все существовавшие тогда электромоторы — обладая очень высоким КПД, они безотказно работали в любых режимах, были надежны и просты в обращении. Поэтому они сразу получили широкое распространение по всему миру. С этого времени началось быстрое внедрение электродвигателей во все сферы производства и повсеместная электрификация промышленности.