DC-motorn

Funktion

En DC motor är en Elektrisk motor som omvandlar

Efter många andra mer eller mindre framgångsrika försök med relativt svagt roterande och fram och återgående apparater skapade preussiska Moritz von Jacobi den första riktiga roterande elektriska motorn i maj 1834. Den utvecklade enastående mekanisk uteffekt. Hans motor satt en världsrekord, som Jacobi förbättrade fyra år senare i september 1838. [13] Hans andra motor var kraftfull nog att köra en båt med 14 personer över en bred flod. Det var också 1839/40 som andra utvecklare lyckades bygga motorer med liknande och högre prestanda.

Den första kommutatorns likströmsmotor som kan rotera maskiner uppfanns av den brittiska forskaren William Sturgeon 1832. [14] Efter Sturgeons arbete byggdes en direktströmselektronik av en kommutatortyp av den amerikanska uppfinnaren Thomas Davenport, som han patenterade 1837. Motorerna körde upp till 600 varv per minut och maskinverktyg och tryckpress. [15] På grund av den höga kostnaden för primär batterikraft var motorerna kommersiellt misslyckade och konkurserade Davenport. Flera uppfinnare följde Sturgeon i utvecklingen av likströmsmotorer, men alla stötte på samma batterikostnadsproblem. Inget eldistributionssystem var tillgängligt för tillfället. Ingen praktisk kommersiell marknad uppstod för dessa motorer. [16]

År 1855 byggde Jedlik en enhet med liknande principer som de som användes i hans elektromagnetiska självrotorer som kunde hjälpa till. [6] [12] Han byggde en modell elbil samma år. [17]

En viktig vändpunkt kom 1864, när Antonio Pacinotti först beskrev armaturen. Detta presenterade symmetriskt grupperade spolar stängda på sig själva och kopplade till en kommutators stänger, vars borstar levererade praktiskt taget icke-fluktuerad ström. [18] [19] De första kommersiellt framgångsrika likströmsmotorerna följde uppfinningen av Zénobe Gramme, som år 1871 återuppfinde Pacinottis design. I 1873 visade Gramme att hans dynamo kunde användas som en motor, vilket han visade sig ha stor effekt på utställningar i Wien och Philadelphia genom att ansluta två sådana likströmsmotorer upp till 2 km från varandra med hjälp av en som generator. [20]

År 1886 uppfann Frank Julian Sprague den första praktiska likströmsmotorn, en icke-gnistande anordning som upprätthöll relativt konstant hastighet under varierande belastningar. Andra Sprague elektriska uppfinningar om den här tiden förbättrade kraftigt elfördelningen (tidigare arbete som gjordes av Thomas Edison), tillåten att el från elmotorer skulle returneras till elnätet, för elektrisk distribution till vagnar via trådledningar och vagnspolen, och tillhandahöll styrsystem för elektriska operationer. Detta gjorde det möjligt för Sprague att använda elmotorer för att uppfinna det första elvagnssystemet 1887-88 i Richmond, Virginia, den elektriska hissen och kontrollsystemet 1892, och den elektriska tunnelbanan med oberoende drivna centralt kontrollerade bilar. Den senare installerades först 1892 i Chicago av South Side Elevated Railroad, där den blev populärt känd som "L". Spragues motor och relaterade uppfinningar ledde till en explosion av intresse och användning i elmotorer för industrin. Utvecklingen av elmotorer med acceptabel effektivitet försenades i flera årtionden genom att inte erkänna den extrema betydelsen av ett luftgap mellan rotorn och statoren. Effektiva konstruktioner har ett relativt litet luftgap. [21] [a] St Louis-motorn, som länge användes i klassrum för att illustrera motorprinciper, är extremt ineffektiv av samma anledning, och verkar inte som en modern motor. ]

Elmotorer revolutionerade industrin. Industriella processer begränsades inte längre av kraftöverföring med hjälp av linjeskaft, bälten, tryckluft eller hydrauliskt tryck. Istället kan varje maskin vara utrustad med sin egen strömkälla, vilket ger enkel kontroll vid användningsplatsen och förbättrar effektiviteten i kraftöverföringen. Elektriska motorer som användes inom jordbruket eliminerade människa och djurmuskelkraft från sådana uppgifter som hantering av korn eller pumpande vatten. Hushållens användning av elmotorer minskade tungt arbete i hemmet och gjorde högre normer för bekvämlighet, komfort och säkerhet möjligt. Idag förbrukar elmotorer mer än hälften av den elektriska energin som produceras i USA. [23]

Prestanda

ω = ω0 - kT, där ω0 är vinkelhastigheten utan extern belastning men ändamålsenlig och verklig friktion etc.

T är vridmomentet som produceras av motorn för att balansera den yttre belastningen, och k är systemkonstanten som beskriver den hastighet vid vilken ω minskar när T ökar.

Ställhastigheten för en elektrisk motor nås mycket snabbt; Acceleration observeras inte lätt i våra experiment.

Systemets prestanda beskrivs av ω mot T-kurvan. Den mekaniska effektkurvan kan beräknas genom att multiplicera Tω = P och plotta P mot T.

Det kan visas att den maximala mekaniska effekten ligger vid det vridmomentet som är hälften av vridmomentet vid vilket ω = 0, dvs hälften av "stall" vridmomentet.