|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
היסטוריה של טכנולוגיה, טכנולוגיה, אובייקטים מסביב לנו
מנוע חשמלי. היסטוריה של המצאות וייצור
מדריך / ההיסטוריה של הטכנולוגיה, הטכנולוגיה, החפצים סביבנו מנוע חשמלי הוא מכונה חשמלית (ממיר אלקטרומכני) שבה אנרגיה חשמלית מומרת לאנרגיה מכנית שתופעת הלוואי שלה היא שחרור חום.
ההישג הטכני הגדול ביותר של סוף המאה ה-XNUMX היה המצאת המנוע החשמלי התעשייתי. המנוע הקומפקטי, החסכוני והנוח הזה הפך במהרה לאחד ממרכיבי הייצור החשובים ביותר, ודחף סוגים אחרים של מנועים מכל מקום שניתן להעביר זרם חשמלי. החסרונות הגדולים של מנוע הקיטור הישן היו מאז ומתמיד יעילות נמוכה, כמו גם הקושי להעביר ו"לכתוש" את האנרגיה המתקבלת ממנו. בדרך כלל מכונה אחת גדולה שירתה כמה עשרות מכונות. התנועה ממנו הובאה לכל מקום עבודה בצורה מכנית באמצעות גלגלות וחגורות אינסופיות. במקרה זה, התרחשו הפסדי אנרגיה עצומים לא מוצדקים. לכונן החשמלי לא היו פגמים אלה: הייתה לו יעילות גבוהה, שכן ניתן היה לקבל תנועה סיבובית ישירות מהציר שלו (בעוד שבמנוע קיטור הוא הומר מהתנהלות הדדית), והיה הרבה יותר קל "לכתוש" אנרגיה חשמלית. ההפסדים במקביל התבררו כמינימליים, ופריון העבודה גדל. בנוסף, עם הצגת המנועים החשמליים, לראשונה, אפשר היה לא רק לספק לכל מכונה מנוע משלה, אלא גם להכניס כונן נפרד לכל אחד מהצמתים שלה. מנועים חשמליים הופיעו ברבע השני של המאה ה-XNUMX, אך עברו כמה עשורים עד שנוצרו תנאים נוחים להכנסתם הנרחבת לייצור. אחד המנועים החשמליים המושלמים הראשונים המופעלים על ידי סוללת DC נוצר בשנת 1834 על ידי מהנדס החשמל הרוסי יעקובי. למנוע זה היו שתי קבוצות של אלקטרומגנטים בצורת U, מתוכם קבוצה אחת (ארבעה אלקטרומגנטים בצורת U) הייתה ממוקמת על מסגרת קבועה. חלקי המוט שלהם היו מסודרים בצורה א-סימטרית - מוארכים בכיוון אחד. ציר המנוע מורכב משתי דיסקות פליז מקבילות המחוברות על ידי ארבעה אלקטרומגנטים הממוקמים במרחק שווה זה מזה.
כאשר הציר הסתובב, האלקטרומגנטים הנעים עברו כנגד הקטבים של הקבועים. באחרון, הקוטביות הלכו לסירוגין: חיובי או שלילי. אל האלקטרומגנטים של הדיסק המסתובב יצאו מוליכים שהורכבו על פיר המכונה. על ציר המנוע הותקן קומוטטור, ששינה את כיוון הזרם באלקטרומגנטים נעים במהלך כל רבע של סיבוב הציר. הפיתולים של כל האלקטרומגנטים של המסגרת הקבועה חוברו בטור וזרמו סביב זרם הסוללה בכיוון אחד. גם פיתולי האלקטרומגנטים של הדיסק המסתובב התחברו בסדרה, אך כיוון הזרם בהם השתנה שמונה פעמים בכל סיבוב של הציר. כתוצאה מכך, גם הקוטביות של האלקטרומגנטים הללו השתנתה שמונה פעמים בסיבוב אחד של הציר, והאלקטרומגנטים הללו נמשכו ונדחו לסירוגין על ידי האלקטרומגנטים של המסגרת הקבועה.
הבה נניח שהאלקטרומגנטים הנעים תופסים עמדה שבה מול כל קוטב של המגנטים הקבועים עומד אותו קוטב של הקוטב הנעים; במקביל, כל אלקטרומגנט נייח ידחה את המגנט הנגדי של התוף וימשוך את המגנט הסמוך עם הקוטב הנגדי. אם הקטבים של המגנטים הקבועים לא היו אסימטריים, מכשיר כזה לא היה יכול לעבוד, שכן פעולתם של המגנטים השונים הייתה מאזנת זה את זה. אבל בגלל בליטה של חלקי הקוטב של המגנטים הקבועים, כל אחד מהם מושך את הסיבוב הקרוב בכיוון השעון חלש יותר מהשני, בגלל זה, הראשון מתקרב אליו, והאחרון מתרחק. לאחר רבע סיבוב (במנוע יעקובי - אחרי שמינית), קטבים מנוגדים יהיו זה מול זה, אבל ברגע זה המתג משנה את כיוון הזרם במגנטים הנעים, ולאחד יהיו שוב אותם קטבים מול השני, כמו בתחילת התנועה. כתוצאה מכך, המגנטים הנעים שוב מקבלים דחיפה לאותו כיוון, וכך הלאה בלי סוף, כל עוד הזרם נשאר סגור. הקומוטטור היה חלק חשוב מאוד ומחושב עמוק במנוע. הוא היה מורכב מארבע טבעות מתכת שהותקנו על הפיר ומבודדות ממנו; לכל טבעת היו ארבעה חריצים שתואמים ל-1/8 מההיקף. הגזרות מולאו בספינות עץ מבודדות; כל טבעת הוסטה ב-45 מעלות מהקודמת. מנוף, שהיה מעין מברשת, החליק לאורך היקף הטבעת; הקצה השני של הידית היה טבול בכלי מתאים עם כספית, אליו חוברו מוליכים מסוללה (תרכובות כספית היו אמצעי המגע הנפוצים ביותר באותה תקופה). דיסקים שהותקנו על ציר המנוע הסתובבו איתו. מנופי מתכת החליקו לאורך שפת הדיסק, שנפלו על החלק הלא מוליך של הדיסק, קטעו את המעגל החשמלי, וכאשר היו במגע עם המתכת, סגרו אותו. סידור הדיסקים היה כזה שברגע שבו נפגשו קטבים מנוגדים, עברו מנופי המגע דרך פני העץ-מתכת ובכך שינו את הכיוון בפיתול האלקטרומגנטים. כך, בכל סיבוב של הטבעת, המעגל החשמלי נשבר ארבע פעמים. כפי שכבר צוין, מנוע יעקבי לתקופתו היה המכשיר החשמלי המתקדם ביותר. באותה שנה, 1834, הוצג דוח מפורט על עקרונות עבודתו לאקדמיה למדעים של פריז. בשנת 1838 שיפר יעקבי את המנוע החשמלי שלו ולאחר שהתקין אותו על סירת משוטים, עשה עם עשרה לוויינים הפלגה קטנה לאורך הנבה במהירות של 4 קמ"ש. סוללה רבת עוצמה של תאים גלווניים שימשה כמקור זרם. עם זאת, ברור שכל הניסויים הללו היו בטבעם הדגמתי בלבד - עד שהומצא והוכנס לייצור גנרטור חשמלי מושלם, לא ניתן היה לעשות שימוש נרחב במנועים חשמליים, מכיוון שהיה יקר מדי ולא משתלם להפעיל אותם באמצעות סוללה. בנוסף, מסיבות שונות, עליהן נדון בפרקים הבאים, מנועי DC זכו לשימוש מוגבל בלבד. תפקיד הרבה יותר חשוב בייצור ממלאים מנועים חשמליים הפועלים על זרם חילופין, שאליו אנו פונים כעת. העוצמה והכיוון של זרם החילופין, כזכור, אינם קבועים. עוצמתו תחילה עולה מאפס לערך מקסימלי כלשהו ושוב יורד לאפס, לאחר מכן הזרם משנה את כיוונו, עולה למקסימום שלילי כלשהו ושוב יורד לאפס. (הזמן שלוקח לזרם לעבור ממקסימום חיובי אחד למשנהו נקרא תקופת תנודת הזרם.) תהליך זה חוזר על עצמו בתדירות גבוהה. (לדוגמה, ברשת תאורה, זרם בשנייה אחת זורם חמישים פעמים בכיוון אחד וחמישים פעמים בכיוון ההפוך.) כיצד תשפיע התנהגות זו של הזרם על פעולת המנוע החשמלי? קודם כל, יש לציין שכיוון הסיבוב של המנוע החשמלי אינו תלוי בכיוון הזרם, כי כאשר הזרם משתנה, הקוטביות תשתנה לא רק באבזור, אלא בו זמנית בפיתולים, אשר זו הסיבה שהמשיכה והדחייה ממשיכים לפעול באותו כיוון כמו קודם. נראה שמכאן נובע שאין זה משנה לחלוטין למנוע איזה סוג של זרם ישר או חילופין - הוא מופעל. עם זאת, זה לא. עם היפוך מגנטיזציה תכוף של אלקטרומגנטים (כמה עשרות פעמים בשנייה), נוצרים בהם זרמי מערבולת שמאטים את סיבוב האבזור ומחממים אותו מאוד. כוחו של המנוע החשמלי מופחת בחדות, ובסופו של דבר הוא נכשל. עבור זרם חילופין, נדרש עיצוב מנוע מיוחד. הממציאים לא הצליחו למצוא אותו מיד. קודם כל, פותח דגם של מה שנקרא מנוע AC סינכרוני. אחד המנועים הראשונים מסוג זה נבנה בשנת 1841 על ידי צ'ארלס וויטסטון. נניח שהחלק הקבוע של המנוע (סטטור) עשוי בצורה של אלקטרומגנט בעל שמונה קוטבים בצורת כתר, שהקטבים החלופיים שלו מסומנים על ידי הקוטביות שלהם באותיות N ו-S. אבזור (או רוטור) מסתובב ביניהם בצורת גלגל בצורת כוכב, שמונה חישורים מתוכם הם מגנטים קבועים. הקטבים הקבועים שלהם יסומנו באותיות n ו-s. נניח שזרם חילופין מועבר דרך אלקטרומגנט. אז הקצוות של הליבות של האלקטרומגנט ישנו לסירוגין את הקוטביות שלהם. תארו לעצמכם שבשלב מסוים מול כל קוטב של האלקטרומגנט הסטטור יש קוטב רוטור בעל אותו שם. הבה נדחוף את הגלגל ונספר לו מהירות כזו שבה כל חישור n יכסה את המרחק בין שתי ליבות סמוכות N ו-S במרווח זמן השווה לזה שבמהלכו הליבות הללו שומרות על קוטביותן ללא שינוי, כלומר בפרק זמן של זמן שווה למחצית מהתקופה של זרם החילופין שמזין את האלקטרומגנטים. בתנאים כאלה, במהלך כל תנועת החישור מהליבה N לליבה S, כל הליבות ימוגנטו מחדש, וזו הסיבה שעם תנועתו הנוספת החישור יחווה שוב דחייה מהליבה שנותרה מאחור, ומשיכה מהגרעין אליו הוא מתקרב.
המנוע הסינכרוני שפעל על פי עיקרון זה היה מורכב ממגנט רב קוטבי בצורת טבעת, שקוטביותו השתנתה בהשפעת זרם חילופין, ומאלקטרומגנט קבוע בצורת כוכב, שהותקן על פיר והסתובב באופן המתואר. מֵעַל. כדי לעורר את האלקטרומגנט הקבוע הזה, נדרש זרם ישר, שהומר באמצעות קומוטטור ממשתנה עבודה. לקומוטטור הייתה מטרה נוספת: הוא שימש להתנעת המנוע, מכיוון שכדי לשמור על סיבוב הרוטור של מנוע סינכרוני, הוא היה צריך לדווח על מהירות התחלתית מסוימת. כאשר הופעל, הופעל תחילה זרם ישר דרך המעגל, עקב כך המנוע החל לעבוד כמנוע DC ולהתניע. עד שהמנוע הגיע למהירות הנדרשת, הקומוטטור הפך את הכיוון באלקטרומגנטים הנעים. כשהושגה המהירות התואמת לריצה הסינכרונית, הקטבים של המגנט הנע לא השתנו, והמנוע החל לעבוד כמנוע AC סינכרוני.
למערכת המתוארת היו חסרונות עיקריים, בנוסף לעובדה שהמנוע הסינכרוני דרש מנוע האצה נוסף לצורך השקתו, היה לו גם פגם נוסף - בעת עומס יתר, הסינכרון של המהלך שלו הופר, המגנטים החלו להאט את הסיבוב של הציר, והמנוע נעצר. לכן, מנועים סינכרוניים אינם נמצאים בשימוש נרחב. המהפכה האמיתית בהנדסת החשמל התרחשה רק לאחר המצאת המנוע האסינכרוני (או האינדוקציה). פעולתו של מנוע אינדוקציה תהיה ברורה מההדגמה הבאה, שבוצעה בשנת 1824 על ידי הפיזיקאי הצרפתי המפורסם ארגו.
תן למגנט הפרסה NS להניע ביד לסיבוב מהיר סביב הציר האנכי. מעל המוטות ישנה צלחת זכוכית התומכת בנקודה, עליה מותקן עיגול נחושת. כאשר המגנט מסתובב, זרמי האינדוקציה המושרים במעגל והשדה המגנטי הנוצר על ידם יתקשרו עם המגנט התחתון, והמעגל יתחיל להסתובב באותו כיוון כמו המגנט התחתון. תופעה זו משמשת במנוע אסינכרוני. רק במקום מגנט קבוע מסתובב, הוא משתמש במספר אלקטרומגנטים נייחים שנדלקים, נכבים ומשנים את הקוטביות שלהם ברצף מסוים. הבה נסביר את מה שנאמר בעזרת הדוגמה הבאה.
נניח ש-I, II, III ו-IV הם ארבעת הקטבים של שני אלקטרומגנטים, שביניהם ממוקם חץ מתכתי. בהשפעת שדה מגנטי הוא מתמגנט והופך לפי קווי השדה המגנטי של האלקטרומגנטים, אשר, כידוע, יוצאים מהקוטב הצפוני שלהם ונכנסים לדרום. כל ארבעת הקטבים ממוקמים במעגל באותו מרחק זה מזה. ראשית, זרם מוחל על II ו-III. החץ נשאר ללא תנועה לאורך הציר האמצעי של קווי השדה המגנטי. ואז זרם מסופק לאלקטרומגנט השני. במקרה זה, הקטבים בעלי אותו השם יהיו בקרבת מקום. כעת המנחה הממוצע של קווי הכוח של המגנטים יעבור מאמצע המרחק בין I ל-II לאמצע שבין III ל-IV, והחץ יפנה 45 מעלות. אנו מכבים את האלקטרומגנט הראשון ומשאירים רק את הקטבים II ו- IV פעילים. קווי הכוח יופנו מ-III ל-IV, וכתוצאה מכך החץ יפנה עוד 45 מעלות. אנו מפעילים שוב את האלקטרומגנט הראשון, אך במקביל משנים את תנועת הזרם, כך שהקוטביות של המגנט הראשון תשתנה - החץ יפנה עוד 45 מעלות. לאחר כיבוי האלקטרומגנט השני, החץ יזוז עוד 45 מעלות, כלומר יעשה חצי סיבוב. קל לראות איך לגרום לה להשלים את החצי השני של המעגל. המכשיר המתואר על ידינו מתאים בעצם למנוע ביילי, שהומצא ב-1879. ביילי יצר שני אלקטרומגנטים עם ארבעה קטבים צולבים, אותם יכול היה למגנט באמצעות מתג. מעל העמודים הוא התקין עיגול נחושת תלוי על נקודה. על ידי שינוי הקוטביות של המגנט, הדלקה וכיבוי שלהם, הוא גרם למעגל להסתובב בדיוק באותו אופן כפי שקרה בניסוי של ארגו. הרעיון של מנוע כזה הוא מעניין ביותר, שכן בניגוד למנועי DC או מנועים חשמליים סינכרוניים, אין צורך לספק זרם לרוטור. עם זאת, בצורה שבה ביילי יצר אותו, עדיין לא ניתן היה להשתמש במנוע האינדוקציה: מיתוג האלקטרומגנטים בו התרחש בפעולת אספן מורכב, ובנוסף, הייתה לו יעילות נמוכה מאוד. אבל לפני שסוג זה של מנוע חשמלי קיבל את הזכות לחיים, נותר רק צעד, והוא נעשה לאחר הופעת הטכניקה של זרמים רב-פאזיים. למעשה, נעשה שימוש בזרמים רב-פאזיים, בעיקר בגלל מנועים חשמליים.
כדי להבין מהו, למשל, זרם דו-פאזי, דמיינו שני מוליכים בלתי תלויים זה בזה, שבהם זורמים שני זרמי חילופין זהים לחלוטין. ההבדל היחיד ביניהם הוא שהם לא מגיעים למקסימום בו זמנית. אומרים על זרמים כאלה שהם מוזזים זה לזה בפאזה, ואם הזרמים האלה מסופקים למכשיר חשמלי אחד, אומרים שהוא מופעל על ידי זרם דו-פאזי. בהתאם לכך, יכול להיות זרם תלת פאזי (אם המכשיר מופעל על ידי שלושה זרמים זהים המוזזים זה לזה בפאזה), זרם ארבעה פאזי וכו'. במשך זמן רב, רק זרם חילופין קונבנציונלי שימש בטכנולוגיה (אשר, באנלוגיה לזרמים רב פאזיים, החלו להיקרא חד פאזי). אבל אז התברר שבמקרים מסוימים זרמים רב-פאזיים הרבה יותר נוחים מאשר חד-פאזיים.
בשנת 1888, הפיזיקאי האיטלקי פראריס והממציא היוגוסלבי טסלה (שעבד בארה"ב) גילו את התופעה של שדה אלקטרומגנטי מסתובב. המהות שלו הייתה כדלקמן. קח שני סלילים, המורכבים מאותו מספר סיבובים של חוט מבודד, והנח אותם בניצב זה לזה כך שסליל אחד ייכנס לשני. כעת דמיינו שזרם i1 זורם סביב סליל 1 וזרם i2 זורם סביב סליל 2, כאשר i1 מוביל את i2 בשלב ברבע תקופה. זה, כפי שכבר אמרנו, אומר שהזרם i1 מגיע למקסימום חיובי ברגע שבו הזרם i2 הוא אפס. אם נחתוך את הסלילים מנטלית לשניים במישור אופקי ונסתכל עליהם מלמעלה, נראה קטעים מארבעת הצדדים של שני הסלילים. הבה נניח מחט מגנטית ביניהם ונצפה בתנועתה. סלילים שדרכם זורם זרם חילופין ידועים כאלקטרומגנטים. השדה המגנטי שלהם יקיים אינטראקציה עם המחט, ויהפוך אותה. שקול כעת את המיקום של המחט המגנטית, שצירה עולה בקנה אחד עם הציר האנכי של הסלילים בזמנים שונים. ברגע הזמן הראשוני (t=0), הזרם בסליל הראשון הוא אפס, ובשני הוא עובר דרך מקסימום שלילי (כיוון הזרם יסומן כפי שהוא נעשה בהנדסת חשמל - עם נקודה וצלב; צלב פירושו שהזרם מופנה מהצופה מעבר לשרטוט המישור, והנקודה מציינת שהזרם מכוון כלפי הצופה). בזמן t1, הזרמים i1 ו-i2 שווים זה לזה, אך לאחד יש כיוון חיובי ולשני כיוון שלילי. ברגע t2, ערך הזרם i2 יורד לאפס, והזרם i1 מגיע למקסימום. לאחר מכן החץ יפנה עוד 1/8 סיבוב. בהתחקות אחר התפתחות התהליך באופן זה, נבחין כי בתום תקופת השינוי של אחד הזרמים, המחט המגנטית תשלים מהפכה שלמה סביב הציר. לאחר מכן התהליך חוזר על עצמו. לכן, עם שני סלילים המוזנים משני זרמים מחוץ לפאזה זה ביחס לרבע תקופה, ניתן לקבל את אותו אפקט של היפוך הקטבים המגנטיים שביילי השיג במנוע שלו, אבל כאן זה הרבה יותר פשוט, בלי כל commutator וללא שימוש במגעים הזזה, שכן הזרם עצמו שולט בהיפוך המגנטיזציה. האפקט המתואר קיבל בהנדסת חשמל שם של שדה מגנטי מסתובב אחיד. על בסיסו, טסלה עיצבה את המנוע האסינכרוני הדו-פאזי הראשון בהיסטוריה. באופן כללי, הוא היה הראשון שהחל להתנסות בזרמים רב-פאזיים ופתר בהצלחה את הבעיה של יצירת זרמים כאלה. מכיוון שלא היה קל לקבל זרם דו-פאזי מזרם חד-פאזי, טסלה בנתה גנרטור מיוחד שיצר מיד שני זרמים בהפרש פאזה של 90 מעלות (כלומר, רבע תקופה מאחור). במחולל זה, שני סלילים מאונכים זה לזה הסתובבו בין הקטבים של מגנט. בזמן שבו הסיבובים של סליל אחד היו מתחת לקטבים והזרם המושרה בהם היה מקסימלי, הסיבובים של הסליל השני היו בין הקטבים (בקו הנייטרלי) והכוח האלקטרו-מוטורי בהם היה שווה לאפס. כתוצאה מכך, שני הזרמים שנוצרו בסלילים אלה היו גם מחוץ לפאזה זה ביחס לזה ברבע תקופה.
ניתן היה להשיג זרם תלת פאזי בצורה דומה (באמצעות שלושה סלילים ב-60 מעלות זה לזה), אך טסלה החשיבה את המערכת הדו-פאזית כחסכונית ביותר. ואכן, מערכות זרם רב-פאזיות דורשות מספר רב של חוטים. אם מנוע הפועל על זרם חילופין קונבנציונלי (חד פאזי) דורש רק שני חוטי אספקה, אז פועל על דו פאזי אחד - כבר ארבעה, על תלת פאזי אחד - שישה וכו'. הקצוות של כל סליל הובאו לטבעות הממוקמות על פיר הגנרטור. לרוטור המנוע היה גם פיתול בצורת שני סלילים סגורים על עצמם (כלומר, ללא קשר למעגל חשמלי חיצוני) הממוקמים בזווית ישרה זה לזה. ההמצאה של טסלה סימנה את תחילתו של עידן חדש בהנדסת חשמל ועוררה את העניין התוסס ביותר ברחבי העולם. כבר ביוני 1888 קנתה ממנו חברת החשמל וסטינגהאוס את כל הפטנטים למערכת דו-פאזית תמורת מיליון דולר והציעה לארגן את ייצור המנועים הא-סינכרוניים במפעליהם. מנועים אלה יצאו למכירה בשנה שלאחר מכן. הם היו הרבה יותר טובים ואמינים מכל הדגמים שהיו קיימים קודם לכן, אבל הם לא היו בשימוש נרחב, שכן התברר שהם תוכננו בצורה מאוד לא מוצלחת. הסטטור המתפתל בהם נעשה בצורה של סלילים שהותקנו על מוטות בולטים. גם עיצוב הרוטור בצורת תוף עם שני סלילים סגורים מאונכים זה לזה לא הצליח. כל זה הפחית משמעותית את איכות המנוע הן בזמן ההפעלה והן במצב הפעלה. עד מהרה, מנוע האינדוקציה של טסלה עוצב מחדש ושופר באופן משמעותי על ידי מהנדס החשמל הרוסי דוליבו-דוברובולסקי. גורש ב-1881 מסיבות פוליטיות מהמכון הפוליטכני בריגה, עזב דוליבו-דוברובולסקי לגרמניה. כאן סיים את לימודיו בבית הספר הטכני הגבוה בדרמשטאדט ובשנת 1887 החל לעבוד בחברת הנדסת החשמל הגרמנית הגדולה AEG. החידוש החשוב הראשון שהציגה דוליבו-דוברובולסקי במנוע אסינכרוני היה יצירת רוטור עם מתפתל "כלוב סנאי". בכל הדגמים המוקדמים של מנועי אינדוקציה, הרוטורים לא היו מוצלחים מאוד, ולכן היעילות של מנועים אלו הייתה נמוכה מזו של סוגים אחרים של מנועים חשמליים. (פראריס, שהוזכרה לעיל, יצרה מנוע דו-פאזי אסינכרוני עם יעילות של כ-50% וראו בכך הגבול.) החומר שממנו עשוי הרוטור שיחק כאן תפקיד חשוב מאוד, שכן הוא היה צריך לספק שניים תנאים בבת אחת: להיות בעל התנגדות חשמלית נמוכה (על מנת שזרמים מושרים יוכלו לזרום בחופשיות דרך פני השטח שלו) ובעלי חדירות מגנטית טובה (כדי שהאנרגיה של השדה המגנטי לא תתבזבז).
מנקודת המבט של הפחתת ההתנגדות החשמלית, הפתרון העיצובי הטוב ביותר יכול להיות רוטור בצורת גליל נחושת. אבל נחושת היא מוליך גרוע לשטף המגנטי של הסטטור והיעילות של מנוע כזה הייתה נמוכה מאוד. אם גליל הנחושת הוחלף בגליל פלדה, השטף המגנטי גדל בחדות, אך מכיוון שהמוליכות החשמלית של הפלדה הייתה פחותה מזו של הנחושת, היעילות הייתה שוב נמוכה. דוליבו-דוברובולסקי מצא דרך לצאת מהסתירה הזו: הוא יצר את הרוטור בצורה של גליל פלדה (שהפחית את ההתנגדות המגנטית שלו), והחל להחדיר מוטות נחושת לתוך התעלות שנקדחו לאורך הפריפריה של האחרון (מה שהפחית את התנגדות חשמלית). בחלקים הקדמיים של הרוטור, מוטות אלו היו מחוברים חשמלית זה לזה (סגורים על עצמם). הפתרון של דוליבו-דוברובולסקי התברר כטוב ביותר. לאחר שקיבל פטנט על הרוטור שלו ב-1889, המכשיר שלו לא השתנה מהותית עד היום. לאחר מכן, דוליבו-דוברובולסקי החל לחשוב על עיצוב הסטטור של החלק הקבוע של המנוע. העיצוב של טסלה נראה לו לא הגיוני. מכיוון שהיעילות של מנוע חשמלי תלויה ישירות במידת השימוש המלא של השדה המגנטי של הסטטור על ידי הרוטור, לכן, ככל שהקווים המגנטיים של הסטטור סגורים יותר לאוויר (כלומר, הם לא עוברים דרך פני השטח של הרוטור) , ככל שהאובדן של אנרגיה חשמלית גדול יותר והיעילות פחותה. כדי למנוע זאת, הפער בין הרוטור לסטטור צריך להיות קטן ככל האפשר. המנוע של טסלה מנקודת מבט זו היה רחוק מלהיות מושלם – הקטבים הבולטים של הסלילים על הסטטור יצרו מרווח רב מדי בין הסטטור לרוטור. בנוסף, במנוע דו פאזי לא התקבלה תנועה אחידה של הרוטור. מתוך כך ראה דוליבו-דוברובולסקי שתי משימות לפניו: להגביר את יעילות המנוע ולהשיג אחידות רבה יותר של פעולתו. המשימה הראשונה הייתה פשוטה - זה היה מספיק כדי להסיר את הקטבים הבולטים של האלקטרומגנטים ולפזר באופן שווה את הפיתולים שלהם סביב כל היקף הסטטור כך שיעילות המנוע גדלה מיד. אבל איך פותרים את הבעיה השנייה? ניתן להפחית באופן ניכר את חוסר אחידות הסיבוב רק על ידי הגדלת מספר השלבים משניים לשלושה. אבל האם הדרך הזו הייתה רציונלית? קבלת זרם תלת פאזי, כפי שכבר הוזכר, לא היה קשה. זה גם לא היה קשה לבנות מנוע תלת פאזי - בשביל זה היה מספיק למקם שלושה סלילים על הסטטור במקום שניים ולחבר כל אחד מהם עם שני חוטים לסליל הגנרטור המתאים. המנוע הזה היה אמור להיות טוב יותר מהמנוע הדו-פאזי של טסלה מכל הבחינות, למעט דבר אחד - הוא דרש שישה חוטים לאספקת החשמל שלו, במקום ארבעה. כך, המערכת הפכה למסורבלת ויקרה שלא לצורך. אבל אולי אפשר היה לחבר את המנוע לגנרטור בדרך אחרת? דוליבו-דוברובולסקי בילה לילות ללא שינה על דיאגרמות של מעגלים רב-פאזיים. על דפי נייר הוא שרטט עוד ועוד אפשרויות חדשות. ולבסוף, נמצא פתרון, בלתי צפוי לחלוטין וגאוני בפשטותו.
ואכן, אם אתה עושה ענפים משלוש נקודות של אבזור הטבעת של הגנרטור ותחבר אותם לשלוש טבעות שלאורכן המברשות מחליקות, אז כאשר האבזור מסתובב בין הקטבים, אותו זרם יושר על כל מברשת, אבל עם שינוי בזמן, הכרחי כדי שהסליל ינוע לאורך קשת המתאימה לזווית של 120 מעלות. במילים אחרות, גם הזרמים במעגל יוזזו זה לזה בפאזה ב-120 מעלות. אבל למערכת הזרם התלת-פאזי הזו התברר שיש עוד תכונה מוזרה ביותר שלא הייתה לאף מערכת אחרת של זרמים רב-פאזיים - בכל רגע של זמן שנלקח באופן שרירותי, סכום הזרמים הזורמים בכיוון אחד שווה כאן לערך של הזרם השלישי שזורם בכיוון ההפוך, וסכום כל שלושת הזרמים בכל זמן הוא אפס. לדוגמה, בזמן t1, זרם i2 עובר דרך מקסימום חיובי, והערכים של זרמים i1 ו-i3, בעלי ערך שלילי, מגיעים לחצי מהמקסימום והסכום שלהם שווה לזרם i2. המשמעות היא שבכל זמן נתון אחד מהחוטים במערכת נושא את אותה כמות זרם בכיוון אחד כמו ששני האחרים יחדיו נושאים בכיוון ההפוך. לכן, אפשר להשתמש בכל אחד משלושת החוטים כחוט מוביל לשני החוטים האחרים המחוברים במקביל, ובמקום שישה חוטים, להסתדר עם שלושה בלבד!
כדי להבהיר נקודה חשובה מאוד זו, הבה נפנה לתרשים דמיוני. תארו לעצמכם שדרך מעגל המסתובב סביב מרכזו, ישנם שלושה מוליכים המחוברים זה לזה, בהם זורמים שלושה זרמים מתחלפים, המוזזים בפאזות ב-120 מעלות. במהלך סיבובו, כל מוליך נמצא על החלק החיובי או השלילי של המעגל, וכאשר עוברים מחלק אחד למשנהו, הזרם משנה את כיוונו. מערכת זו מבטיחה באופן מלא את הזרימה (המחזור) הרגילה של זרמים. ואכן, בנקודת זמן מסוימת, מוליכים I ו-II מחוברים במקביל, ו-III מסיט מהם זרם. זמן מה לאחר מכן, II עובר לאותו צד של III; כעת II ו-III עובדים במקביל, ואני כחוט נושא זרם נפוץ. ואז III עובר לצד שבו אני עדיין נמצא; כעת II מושך את הסכום ש-III ואני מביאים יחדיו. ואז אני עובר לצד שבו II עדיין ממוקם, וכן הלאה.
בדוגמה לעיל, לא נאמר דבר על מקורות נוכחיים. כזכור, מקור זה הוא מחולל תלת פאזי. אנו מייצגים את הפיתולים של הגנרטור בצורה של שלושה סלילים. על מנת שהזרם יזרום באופן שתיארנו, ניתן לכלול סלילים אלו במעגל בשתי דרכים. אנחנו יכולים, למשל, למקם אותם על שלוש צלעות של משולש, נגיד השמאלית; לפיכך, במקום שלושת הצדדים שלו, נקבל שלושה סלילים I, II ו-III, שבהם זרמים מושרים עם הסטת פאזה של 1/3 מהתקופה. אנו יכולים גם להזיז את נקודות היישום של כוחות אלקטרו-מוטוריים לקצוות המוליכים המקבילים. אם נשים את הסלילים שלנו כאן, נקבל חיבור אחר. המשולשים, המשמשים כעת רק כחיבורים מוליכים לשלושת הקצוות השמאליים של הסלילים, ניתנים לכיווץ לנקודה אחת. חיבורים אלה, שהראשון שבהם נקרא "דלתא" והשני "כוכב", נמצאים בשימוש נרחב הן במנועים והן בגנרטורים.
דוליבו-דוברובולסקי בנה את המנוע האסינכרוני התלת פאזי הראשון שלו בחורף 1889. כסטטור, נעשה בו שימוש בעוגן טבעתי של מכונת DC עם 24 חריצים סגורים למחצה. בהתחשב בטעויות של טסלה, דוליבו-דוברובולסקי פיזרה את הפיתולים בחריצים סביב כל היקף הסטטור, מה שהפך את חלוקת השדה המגנטי לטובה יותר. הרוטור היה גלילי עם פיתולי "כלוב סנאי". מרווח האוויר בין הרוטור לסטטור היה 1 מ"מ בלבד, שבאותה תקופה הייתה החלטה נועזת, שכן בדרך כלל הרווח היה גדול יותר. למוטות של "כלוב הסנאי" לא היה בידוד. גנרטור DC סטנדרטי שימש כמקור זרם תלת פאזי, שנבנה מחדש לגנרטור תלת פאזי כמתואר לעיל. הרושם שעשתה ההתנעה הראשונה של המנוע על הנהגת ה-AEG היה עצום. עבור רבים, התברר שהדרך הקוצנית הארוכה של יצירת מנוע חשמלי תעשייתי הושלמה לבסוף. מבחינת הביצועים הטכניים שלהם, המנועים של דוליבו-דוברובולסקי עלו על כל המנועים החשמליים שהיו קיימים באותה תקופה - בעלי יעילות גבוהה מאוד, הם עבדו ללא רבב בכל המצבים, היו אמינים וקלים לשימוש. לכן, הם התפשטו מיד בכל העולם. מאז, החלה ההכנסה המהירה של מנועים חשמליים בכל תחומי הייצור והחשמול הנרחב של התעשייה. מחבר: Ryzhov K.V.
▪ אופניים ▪ דבק מגע
עור מלאכותי לחיקוי מגע
15.04.2024 פסולת חתולים של Petgugu Global
15.04.2024 האטרקטיביות של גברים אכפתיים
14.04.2024
▪ כלבים משפיעים לרעה על האקולוגיה והאקלים של כדור הארץ
▪ חלק של האתר אינטרקום. בחירת מאמרים ▪ מאמר באופן גס, אבל בניסוח עדין. ביטוי עממי ▪ מאמר כיצד הומצאה השיטה המודרנית לייצור זריקות? תשובה מפורטת ▪ מאמר goji. אגדות, טיפוח, שיטות יישום ▪ מאמר אינטרקום ל-100 מנויים. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל ▪ מאמר טרנזיסטורים P4NA 80FI - VN2222L. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל
בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר
www.diagram.com.ua |
אנו ממליצים על מאמרים מעניינים סעיף 
ראה מאמרים אחרים סעיף 
חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:
כל השפות של דף זה