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미국 주변의 기술, 기술, 개체의 역사
전기 모터. 발명과 생산의 역사
전기 모터는 전기 에너지가 기계 에너지로 변환되는 전기 기계(전기 기계 변환기)이며, 그 부작용은 열 방출입니다.
XNUMX세기 후반의 가장 큰 기술적 성취는 산업용 전기 모터의 발명이었습니다. 이 작고 경제적이며 편리한 모터는 곧 생산의 가장 중요한 요소 중 하나가 되었으며 전류가 공급될 수 있는 모든 곳에서 다른 유형의 모터를 대체했습니다. 오래된 증기 기관의 큰 단점은 항상 낮은 효율과 에너지를 전달하고 "파쇄"하는 어려움이었습니다. 일반적으로 하나의 대형 기계가 수십 대의 기계에 서비스를 제공했습니다. 그것으로부터의 움직임은 도르래와 무한 벨트를 사용하여 기계적으로 각 작업장으로 옮겨졌습니다. 이 경우 엄청난 에너지 손실이 발생했습니다. 전기 드라이브에는 이러한 결함이 없었습니다. 회전 운동은 샤프트에서 직접 얻을 수 있기 때문에 효율이 높았고(증기 엔진에서는 왕복에서 변환됨) 전기 에너지를 "파쇄"하는 것이 훨씬 쉽기 때문입니다. 동시에 손실은 최소화되었고 노동 생산성은 증가했습니다. 또한 전기 모터의 도입으로 처음으로 모든 기계에 자체 엔진을 공급할 수 있을 뿐만 아니라 각 노드에 별도의 드라이브를 배치할 수 있게 되었습니다. 전기 모터는 XNUMX세기 XNUMX/XNUMX분기에 등장했지만 생산에 광범위하게 도입할 수 있는 유리한 조건이 만들어지기까지 수십 년이 지났습니다. DC 배터리로 구동되는 최초의 완벽한 전기 모터 중 하나는 1834년 러시아 전기 엔지니어 Jacobi에 의해 만들어졌습니다. 이 엔진에는 두 그룹의 U자형 전자석이 있으며 그 중 한 그룹(XNUMX개의 U자형 전자석)은 고정된 프레임에 있습니다. 그들의 극 조각은 한 방향으로 길게 늘어진 비대칭으로 배열되었습니다. 모터 샤프트는 서로 동일한 거리에 배치된 XNUMX개의 전자석으로 연결된 두 개의 평행한 황동 디스크로 구성됩니다.
샤프트가 회전하면 가동 전자석이 고정 전자석의 극을 통과합니다. 후자에서는 극성이 양극 또는 음극으로 번갈아 가며 진행되었습니다. 회전하는 디스크의 전자석으로 기계의 샤프트에 장착 된 도체가 출발했습니다. 모터 샤프트에 정류자가 장착되어 샤프트의 각 XNUMX/XNUMX 회전 동안 움직이는 전자석의 전류 방향을 변경했습니다. 고정 프레임의 모든 전자석의 권선은 직렬로 연결되어 배터리 전류를 한 방향으로 흐릅니다. 회전 디스크의 전자석 권선도 직렬로 연결되었지만 전류 방향은 샤프트의 회전당 XNUMX번 변경되었습니다. 결과적으로 이들 전자석의 극성도 축의 XNUMX회전에 XNUMX번 바뀌었고, 이 전자석은 고정틀의 전자석에 의해 교대로 끌어당겨졌다.
가동 전자석은 고정 자석의 각 극이 가동 전자석의 동일한 극에 서 있는 위치를 차지한다고 가정합니다. 동시에 각 고정 전자석은 드럼의 반대 자석을 밀어내고 반대 극으로 가까운 자석을 끌어당깁니다. 고정 자석의 극이 비대칭이 아니면 다양한 자석의 작용이 서로 균형을 이루기 때문에 이러한 장치는 작동하지 않을 수 있습니다. 그러나 고정 자석의 자극 조각이 돌출되어 있기 때문에 각각은 가장 가까운 시계 방향 회전을 다른 것보다 약하게 끌어 당기기 때문에 첫 번째는 접근하고 마지막은 멀어집니다. XNUMX분의 XNUMX 회전 후(야코비 엔진에서 - XNUMX/XNUMX 후), 반대 극은 서로 반대가 될 것이지만, 이 순간에 정류자는 움직이는 자석의 전류 방향을 변경하고 하나는 다시 동일한 극을 갖게 됩니다 운동의 시작 부분에서와 같이 다른 쪽과 반대입니다. 그 결과, 움직이는 자석은 전류가 닫힌 상태를 유지하는 한 계속해서 같은 방향으로 밀기를 다시 받습니다. 정류자는 엔진에서 매우 중요하고 깊이 생각한 부분이었습니다. 샤프트에 장착되고 샤프트에서 분리된 1개의 금속 링으로 구성됩니다. 각 고리에는 둘레의 8/45에 해당하는 XNUMX개의 노치가 있습니다. 컷 아웃은 단열 목재 라이너로 채워졌습니다. 각 링은 이전 링에서 XNUMX도 오프셋되었습니다. 일종의 브러시였던 레버가 링의 둘레를 따라 미끄러졌습니다. 레버의 다른 쪽 끝은 배터리의 도체가 연결된 적절한 수은 용기에 담궜습니다(당시 수은 화합물은 가장 일반적인 접촉 장치였습니다). 모터 샤프트에 장착된 디스크가 함께 회전합니다. 금속 레버는 디스크 가장자리를 따라 미끄러져 디스크의 비전도성 부분에 떨어져 전기 회로를 차단하고 금속과 접촉하면 닫힙니다. 디스크의 배열은 반대 극이 만나는 순간 접촉 레버가 목재 금속면을 통과하여 전자석의 권선 방향을 변경하도록 했습니다. 따라서 고리를 돌릴 때마다 전기 회로가 네 번 끊어졌습니다. 이미 언급했듯이 Jacobi 엔진은 당시 가장 진보된 전기 장치였습니다. 1834년 같은 해에 그의 연구 원리에 대한 자세한 보고서가 파리 과학 아카데미에 제출되었습니다. 1838 년 Jacobi는 전기 모터를 개선하고 4 개의 위성으로 노를 저어 타는 보트에 설치하여 5km / h의 속도로 Neva를 따라 작은 항해를했습니다. 갈바니 전지의 강력한 배터리가 전류원으로 사용되었습니다. 그러나 이러한 모든 실험은 본질적으로 순전히 실증적인 것이었습니다. 완벽한 발전기가 발명되어 생산에 투입될 때까지 전기 모터는 배터리로 전력을 공급하기에는 너무 비싸고 수익성이 없었기 때문에 널리 사용될 수 없었습니다. 또한 다음 장에서 논의할 여러 가지 이유로 DC 모터는 제한된 용도로만 사용되었습니다. 생산에서 훨씬 더 중요한 역할은 이제 우리가 전환하는 교류에서 작동하는 전기 모터에 의해 수행됩니다. 우리가 기억하는 것처럼 교류의 강도와 방향은 일정하지 않습니다. 그 강도는 먼저 1에서 최대값으로 증가하고 다시 XNUMX으로 감소한 다음 전류가 방향을 변경하고 음의 최대값으로 증가하고 다시 XNUMX으로 감소합니다. (전류가 양의 최대값에서 다른 최대값으로 변하는 데 걸리는 시간을 전류 발진 주기라고 합니다.) 이 과정은 고주파에서 반복됩니다. (예를 들어, 조명 네트워크에서 전류는 XNUMX초 동안 한 방향으로 XNUMX번, 반대 방향으로 XNUMX번 흐릅니다.) 이러한 전류 거동은 전기 모터의 작동에 어떤 영향을 미칠까요? 우선, 전기 모터의 회전 방향은 전류의 방향에 의존하지 않는다는 점에 유의해야 합니다. 왜냐하면 전류가 변하면 극성이 전기자뿐만 아니라 권선에서도 동시에 변하기 때문입니다. 끌어당김과 반발이 계속해서 같은 방향으로 작용하는 이유다. 이것으로부터 엔진에 어떤 종류의 직류 또는 교류 전류가 공급되는지는 전혀 차이가 없음을 알 수 있습니다. 그러나 그렇지 않습니다. 전자석의 빈번한 자화 반전 (초당 수십 번)으로 와전류가 발생하여 전기자의 회전이 느려지고 크게 가열됩니다. 전기 모터의 전력이 급격히 감소하고 결국 실패합니다. 교류의 경우 특별한 모터 설계가 필요합니다. 발명가들은 그것을 즉시 찾을 수 없었습니다. 우선, 소위 동기식 AC 모터의 모델이 개발되었습니다. 그러한 최초의 엔진 중 하나는 1841년 Charles Wheatstone에 의해 제작되었습니다. 엔진(고정자)의 고정 부분이 XNUMX극 크라운 모양의 전자석 형태로 만들어졌다고 가정합니다. 이 전자석의 극성은 N과 S로 표시됩니다. 전기자(또는 회전자)는 회전합니다. XNUMX개의 스포크가 영구 자석인 별 모양의 바퀴 형태로 그들 사이에 있습니다. 고정 극은 문자 n과 s로 표시됩니다. 교류가 전자석을 통과한다고 가정합니다. 그런 다음 전자석 코어의 끝이 번갈아 극성을 변경합니다. 고정자 전자석의 각 극 반대편에 같은 이름의 회 전자 극이 있다고 상상해보십시오. 바퀴를 밀고 각 스포크 n이 두 개의 인접한 코어 N과 S 사이의 거리를 이 코어가 극성을 변경하지 않은 상태로 유지하는 시간 간격, 즉 일정 기간 동안 덮는 속도를 말합시다. 전자석을 공급하는 교류의 주기의 절반과 같은 시간. 이러한 조건에서 스포크가 N 코어에서 S 코어로 이동하는 동안 모든 코어가 다시 자화되므로 더 이동하면 스포크가 다시 남겨진 코어로부터의 반발과 인력을 경험하게 됩니다. 접근하는 핵심에서.
이 원리로 동작하는 동기전동기는 교류의 영향으로 극성이 변하는 고리모양의 다극자석과 축에 장착되어 설명된 방식으로 회전하는 별모양의 영구전자석으로 구성되어 있다. 위에. 이 영구 전자석을 여기시키려면 작동 변수에서 정류자를 통해 변환된 직류가 필요했습니다. 정류자는 또 다른 목적을 가지고 있었습니다. 동기 모터의 회전자의 회전을 유지하기 위해 특정 초기 속도를 보고해야 했기 때문에 엔진을 시동하는 데 사용되었습니다. 켜지면 회로를 통해 직류가 먼저 시작되어 모터가 DC 모터로 작동하고 움직이기 시작했습니다. 엔진이 필요한 속도에 도달할 때까지 정류자는 움직이는 전자석의 방향을 반대로 했습니다. 동기 스트로크에 해당하는 속도에 도달하면 움직이는 자석의 극이 더 이상 변경되지 않고 모터가 동기 AC 모터로 작동하기 시작했습니다.
설명 된 시스템에는 동기식 모터가 출시를 위해 추가 가속 모터가 필요하다는 사실 외에도 또 다른 결함이 있다는 사실 외에도 과부하가 걸리면 스트로크의 동기화가 방해 받고 자석이 회전 속도를 늦추기 시작했다는 사실 외에도 주요 단점이 있었습니다. 축이 끊어지고 모터가 멈췄습니다. 따라서 동기 모터는 널리 사용되지 않습니다. 전기 공학의 진정한 혁명은 비동기식(또는 유도식) 모터가 발명된 후에야 일어났습니다. 유도 전동기의 작용은 유명한 프랑스 물리학자 아르고가 1824년에 수행한 다음 시연에서 명확해질 것입니다.
말굽 자석 NS를 수직 축을 중심으로 빠르게 회전하도록 손으로 구동합니다. 기둥 위에는 구리 원이 장착 된 지점을지지하는 유리 판이 있습니다. 자석이 회전하면 원에 유도된 유도 전류와 이에 의해 형성된 자기장이 바닥 자석과 상호 작용하고 원이 바닥 자석과 같은 방향으로 회전하기 시작합니다. 이 현상은 비동기 모터에서 사용됩니다. 회전하는 영구 자석 대신에 여러 고정 전자석을 사용하여 특정 순서로 극성을 켜고 끄고 극성을 변경합니다. 다음 예를 통해 말한 내용을 설명하겠습니다.
I, II, III 및 IV가 두 전자석의 45극이고 그 사이에 금속 화살표가 있다고 가정합니다. 자기장의 작용으로 자기장은 자화되어 전자석 자기장의 선을 따라 되며, 아시다시피 북극을 떠나 남쪽으로 들어갑니다. 네 개의 극은 모두 서로 같은 거리에 있는 원 안에 있습니다. 먼저 II와 III에 전류를 인가한다. 화살표는 자기장 선의 중간 축을 따라 움직이지 않습니다. 그런 다음 두 번째 전자석에 전류가 공급됩니다. 이 경우 같은 이름의 기둥이 근처에 있습니다. 이제 자석의 힘선의 평균 가이드는 I와 II 사이의 거리 중간에서 III와 IV 사이의 중간으로 지나가고 화살표는 45도 회전합니다. 첫 번째 전자석을 끄고 극 II와 IV만 활성 상태로 둡니다. 힘의 선은 III에서 IV로 향하게 되며 그 결과 화살표가 45도 더 회전합니다. 우리는 첫 번째 전자석을 다시 켭니다. 그러나 동시에 전류의 움직임을 변경하여 첫 번째 자석의 극성이 변경되도록 합니다. 화살표가 또 다른 45도를 돌립니다. 두 번째 전자석을 끄면 화살표가 XNUMX도 더 이동합니다. 즉, 반 바퀴를 돌 것입니다. 그녀가 원의 후반부를 완료하도록 하는 방법은 쉽게 알 수 있습니다. 우리가 설명한 장치는 기본적으로 1879년에 발명된 Bailey 엔진에 해당합니다. Bailey는 XNUMX개의 십자형 극이 있는 두 개의 전자석을 만들었으며 스위치로 자화할 수 있었습니다. 기둥 위에 그는 한 지점에 매달린 구리 원을 설치했습니다. 자석의 극성을 바꾸고 켜고 끔으로써 그는 아르고의 실험에서 일어난 것과 똑같은 방식으로 원이 회전하도록 만들었습니다. 이러한 모터의 아이디어는 DC 모터나 동기식 전기 모터와 달리 회전자에 전류를 공급할 필요가 없기 때문에 매우 흥미롭습니다. 그러나 Bailey가 만든 형태로 유도 전동기는 아직 사용할 수 없었습니다. 전자석의 스위칭은 복잡한 수집기의 작용으로 발생했으며 효율이 매우 낮습니다. 그러나 이러한 유형의 전기 모터가 생명권을 얻기 전에 단계 만 남았으며 다상 전류 기술이 출현 한 후에 만들어졌습니다. 실제로, 주로 전기 모터로 인해 다상 전류가 사용되었습니다.
예를 들어, XNUMX상 전류가 무엇인지 이해하려면 완전히 동일한 두 개의 교류가 흐르는 서로 독립적인 두 개의 도체를 상상해 보십시오. 그들 사이의 유일한 차이점은 동시에 최대값에 도달하지 않는다는 것입니다. 그들은 이러한 전류에 대해 서로에 대해 위상 편이되어 있으며 이러한 전류가 하나의 전기 제품에 공급되면 XNUMX 상 전류로 전원이 공급된다고 말합니다. 따라서 XNUMX상 전류(장치가 위상이 서로에 대해 이동된 XNUMX개의 동일한 전류에 의해 전원이 공급되는 경우), XNUMX상 전류 등이 있을 수 있습니다. 오랫동안 기술에는 기존의 교류 만 사용되었습니다 (다상 전류와 유사하여 단상이라고 부르기 시작함). 그러나 어떤 경우에는 다상 전류가 단상 전류보다 훨씬 더 편리하다는 것이 밝혀졌습니다.
1888년 이탈리아 물리학자 페라리스와 유고슬라비아 발명가 테슬라(미국에서 일함)는 회전하는 전자기장의 현상을 발견했습니다. 그 본질은 다음과 같았다. 같은 수의 절연 전선으로 구성된 두 개의 코일을 가져 와서 하나의 코일이 다른 코일에 들어가도록 서로 수직으로 배치하십시오. 이제 전류 i1이 코일 1 주위에 흐르고 전류 i2가 코일 2 주위에 흐르고 i1이 i2를 주기의 1/2만큼 위상이 선행한다고 상상해 보십시오. 이것은 우리가 이미 말했듯이 전류 i0이 전류 i1가 1일 때 양의 최대값에 도달한다는 것을 의미합니다. 우리가 정신적으로 수평면으로 코일을 반으로 자르고 위에서 보면 양쪽 코일의 2면 단면이 보입니다. 그 사이에 자침을 놓고 움직임을 관찰해보자. 교류가 흐르는 코일을 전자석이라고 합니다. 그들의 자기장은 바늘과 상호 작용하여 바늘을 돌립니다. 이제 축이 서로 다른 시간에 코일의 수직 축과 일치하는 자기 바늘의 위치를 고려하십시오. 시간의 초기 순간(t=XNUMX)에서 첫 번째 코일의 전류는 XNUMX이고 두 번째 코일에서는 음의 최대값을 통과합니다(전류의 방향은 전기 공학에서 수행되는 대로 표시됩니다. 점과 십자형, 십자형은 전류가 관찰자로부터 평면도 너머로 향하고 있음을 의미하고, 점은 전류가 관찰자 쪽으로 향하고 있음을 나타냅니다. 시간 tXNUMX에서 전류 iXNUMX과 iXNUMX는 서로 같으나 하나는 양의 방향이고 다른 하나는 음의 방향을 갖는다. 순간 t2에서 전류 i2의 값은 1으로 내려가고 전류 i1은 최대값에 도달합니다. 그러면 화살표가 8/XNUMX바퀴 더 돌 것입니다. 이러한 방식으로 프로세스의 발전을 추적하면 전류 중 하나의 변경 기간이 끝나면 자기 바늘이 축을 중심으로 완전한 회전을 완료한다는 것을 알 수 있습니다. 그런 다음 프로세스가 반복됩니다. 따라서 두 개의 코일에 XNUMX/XNUMX 주기로 서로에 대해 위상이 다른 두 전류가 공급되면 Bailey가 모터에서 달성한 자극을 반전시키는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있지만 여기서는 훨씬 간단합니다. 전류 자체가 자화 반전을 제어하기 때문에 슬라이딩 접점을 사용하지 않고 모든 정류자를 사용할 수 있습니다. 설명 된 효과는 전기 공학에서 균일하게 회전하는 자기장의 이름을 받았습니다. 이를 바탕으로 Tesla는 역사상 최초의 XNUMX상 비동기 모터를 설계했습니다. 일반적으로 그는 다상 전류를 실험하기 시작하여 그러한 전류를 생성하는 문제를 성공적으로 해결한 최초의 사람이었습니다. 단상 전류에서 90상 전류를 얻는 것이 쉽지 않았기 때문에 Tesla는 위상차가 XNUMX도(즉, XNUMX분의 XNUMX 주기)인 XNUMX개의 전류를 즉시 생성하는 특수 발전기를 제작했습니다. 이 발전기에서 두 개의 서로 수직인 코일이 자석의 극 사이에서 회전합니다. 한 코일의 권선이 극 아래에 있고 유도 전류가 최대일 때 다른 코일의 권선은 극 사이(중성선)에 있었고 기전력은 XNUMX이었습니다. 결과적으로, 이들 코일에서 생성된 XNUMX개의 전류도 XNUMX분의 XNUMX 주기만큼 서로에 대해 위상이 달랐습니다.
60상 전류는 유사한 방식으로 얻을 수 있지만(서로 XNUMX도에서 XNUMX개의 코일 사용) Tesla는 XNUMX상 시스템이 가장 경제적이라고 생각했습니다. 실제로 다상 전류 시스템에는 많은 수의 전선이 필요합니다. 기존의 교류(단상) 전류로 작동하는 모터에 XNUMX개의 공급 전선만 필요한 경우 XNUMX상 XNUMX-이미 XNUMX, XNUMX상 XNUMX-XNUMX 등으로 작동합니다. 각 코일의 끝은 발전기 샤프트에 있는 링으로 가져왔습니다. 모터 회전자는 또한 서로 직각으로 닫힌 두 개의 코일(즉, 외부 전기 회로와 연결되지 않은) 코일 형태의 권선을 가지고 있습니다. Tesla의 발명은 전기 공학의 새로운 시대를 열었고 전 세계적으로 가장 활발한 관심을 불러일으켰습니다. 이미 1888년 XNUMX월에 Westinghouse Electric Company는 XNUMX상 시스템에 대한 모든 특허를 그에게서 백만 달러에 구입하고 공장에서 비동기식 모터 생산을 조직할 것을 제안했습니다. 이 엔진은 다음 해에 판매되었습니다. 그들은 이전에 존재했던 모든 모델보다 훨씬 우수하고 신뢰할 수 있었지만 매우 성공적으로 설계되지 않았기 때문에 널리 사용되지 않았습니다. 고정자 권선은 돌출 된 기둥에 장착 된 코일 형태로 만들어졌습니다. 두 개의 서로 수직인 닫힌 코일이 있는 드럼 형태의 로터 설계도 성공하지 못했습니다. 이 모든 것이 시동 시와 작동 모드에서 엔진 품질을 크게 떨어뜨렸습니다. 곧 Tesla의 유도 전동기는 러시아 전기 엔지니어 Dolivo-Dobrovolsky에 의해 크게 재설계되고 개선되었습니다. 1881년 리가 폴리테크닉 연구소에서 정치적인 이유로 추방된 Dolivo-Dobrovolsky는 독일로 떠났습니다. 여기에서 그는 다름슈타트 고등 기술 학교를 졸업하고 1887년에 독일의 대규모 전기 공학 회사인 AEG에서 일하기 시작했습니다. Dolivo-Dobrovolsky가 비동기식 모터에 도입한 첫 번째 중요한 혁신은 "squirrel cage" 권선이 있는 회전자의 생성이었습니다. 모든 초기 유도 전동기 모델에서 로터는 매우 성공적이지 못했기 때문에 이러한 전동기의 효율은 다른 유형의 전동기보다 낮았습니다. (위에서 언급한 페라리스는 약 50%의 효율을 가진 비동기식 XNUMX상 모터를 만들고 이것을 한계라고 생각했습니다.) 여기서 로터를 만드는 재료는 두 가지를 만족해야 하기 때문에 매우 중요한 역할을 했습니다. 한 번에 조건: 낮은 전기 저항(유도 전류가 표면을 통해 자유롭게 흐를 수 있도록) 및 우수한 투자율(자기장의 에너지가 낭비되지 않도록).
전기 저항을 줄이는 관점에서 가장 좋은 설계 솔루션은 구리 실린더 형태의 로터일 수 있습니다. 그러나 구리는 고정자 자속에 대한 열악한 도체이며 그러한 모터의 효율은 매우 낮습니다. 구리 실린더를 강철 실린더로 교체하면 자속이 급격히 증가하지만 강철의 전기 전도도가 구리보다 낮기 때문에 효율이 다시 낮습니다. Dolivo-Dobrovolsky는이 모순에서 벗어날 수있는 방법을 찾았습니다. 그는 회전자를 강철 실린더 형태로 만들고 (자기 저항을 줄임) 후자의 주변을 따라 뚫린 채널에 구리 막대를 삽입하기 시작했습니다. 전기 저항). 로터의 전면 부분에서 이러한 막대는 서로 전기적으로 연결되었습니다(자체적으로 닫힘). Dolivo-Dobrovolsky의 솔루션이 최고로 판명되었습니다. 1889년 로터에 대한 특허를 받은 후 그의 장치는 현재까지 근본적으로 바뀌지 않았습니다. 그 후 Dolivo-Dobrovolsky는 엔진 고정 부분의 고정자 설계에 대해 생각하기 시작했습니다. Tesla의 디자인은 그에게 비합리적으로 보였습니다. 전기 모터의 효율은 고정자 자기장이 회전자에 의해 얼마나 완전히 사용되는지에 직접적으로 의존하기 때문에, 따라서 더 많은 고정자 자기선이 공기에 닫힙니다(즉, 회전자 표면을 통과하지 않음) , 전기 에너지의 손실이 클수록 효율성이 떨어집니다. 이를 방지하려면 회전자와 고정자 사이의 간격이 가능한 한 작아야 합니다. 이러한 관점에서 Tesla의 엔진은 완벽하지 않았습니다. 고정자 코일의 돌출된 극은 고정자와 회전자 사이에 너무 많은 공간을 만들어냈습니다. 또한, XNUMX상 모터에서는 회전자의 균일한 움직임을 얻을 수 없었다. 이를 바탕으로 Dolivo-Dobrovolsky는 엔진의 효율성을 높이고 작동의 균일성을 높이는 두 가지 과제를 눈앞에 보았습니다. 첫 번째 작업은 간단했습니다. 전자석의 돌출된 극을 제거하고 고정자의 전체 둘레에 권선을 고르게 분산시켜 엔진의 효율성을 즉시 높이는 것으로 충분했습니다. 그러나 두 번째 문제를 해결하는 방법은 무엇입니까? 회전 불균일성은 위상 수를 XNUMX단계에서 XNUMX단계로 늘려야 눈에 띄게 줄일 수 있습니다. 그러나 이 길이 합리적이었는가? 이미 언급했듯이 XNUMX상 전류를 얻는 것은 어렵지 않았습니다. XNUMX상 모터를 만드는 것도 어렵지 않았습니다. 이를 위해 고정자에 코일 XNUMX개가 아닌 XNUMX개를 배치하고 각 코일을 XNUMX개의 와이어로 해당 발전기 코일에 연결하는 것으로 충분했습니다. 이 모터는 한 가지를 제외하고 모든 면에서 Tesla의 XNUMX상 모터보다 우수해야 했습니다. 전원 공급 장치에 XNUMX개 대신 XNUMX개의 와이어가 필요했습니다. 따라서 시스템이 불필요하게 부피가 커지고 비용이 많이 들게 되었습니다. 그러나 다른 방법으로 엔진을 발전기에 연결하는 것이 가능했을까요? Dolivo-Dobrovolsky는 다중 위상 회로의 다이어그램에 대해 잠 못 이루는 밤을 보냈습니다. 그는 종이에 점점 더 많은 새로운 옵션을 스케치했습니다. 그리고 마침내, 전혀 예상치 못한 단순함과 독창적인 해결책이 발견되었습니다.
실제로 발전기의 링 전기자의 세 지점에서 가지를 만들어 브러시가 미끄러지는 세 개의 링에 연결하면 전기자가 극 사이에서 회전하면 각 브러시에 동일한 전류가 유도되지만 코일이 120도 각도에 해당하는 호를 따라 이동하는 데 필요한 시간 이동. 즉, 회로의 전류도 120도만큼 위상이 서로에 대해 이동합니다. 그러나 이 XNUMX상 전류 시스템은 다른 다상 전류 시스템에는 없는 또 하나의 극도로 흥미로운 특성을 가지고 있음이 밝혀졌습니다. 임의의 순간에 한 방향으로 흐르는 전류의 합은 다음 값과 같습니다. 반대 방향으로 흐르는 세 번째 전류의 이고, 모든 XNUMX개의 전류의 합은 XNUMX이다. 예를 들어, 시간 t1에서 전류 i2는 양의 최대값을 통과하고 음수 값을 갖는 전류 i1 및 i3의 값은 최대값의 절반에 도달하고 그 합은 전류 i2와 같습니다. 이것은 주어진 시간에 시스템의 전선 중 하나가 한 방향으로 동일한 양의 전류를 전달하고 다른 두 전선이 함께 반대 방향으로 전달한다는 것을 의미합니다. 따라서 XNUMX개의 전선을 각각 병렬로 연결된 다른 XNUMX개의 리드선으로 사용할 수 있으며, XNUMX개의 전선 대신 XNUMX개의 전선만 있으면 끝!
이 매우 중요한 점을 명확히 하기 위해 가상의 도표를 살펴보겠습니다. 중심을 중심으로 회전하는 원을 통해 서로 연결된 세 개의 도체가 있다고 상상해보십시오. 세 개의 교류가 흐르고 위상이 120도 이동합니다. 회전하는 동안 각 도체는 원의 양극 또는 음극에 있으며 한 부분에서 다른 부분으로 이동할 때 전류의 방향이 바뀝니다. 이 시스템은 전류의 정상적인 흐름(순환)을 완전히 보장합니다. 실제로 어떤 시점에서 도체 I과 II는 병렬로 연결되고 III은 전류를 전환합니다. 얼마 후 II는 III와 같은 쪽으로 넘어갑니다. 이제 II와 III는 병렬로 작동하고 I는 공통 전류 전달 와이어로 사용됩니다. 그런 다음 III는 여전히 I가 있는 쪽으로 이동합니다. 이제 II는 III와 내가 합친 금액을 인출합니다. 그런 다음 II가 여전히 있는 쪽으로 이동하는 식입니다.
위의 예에서는 현재 소스에 대해 아무 말도 하지 않았습니다. 우리가 기억하듯이 이 소스는 1상 발전기입니다. 우리는 세 개의 코일 형태로 발전기의 권선을 나타냅니다. 우리가 설명한 방식으로 전류가 흐르도록 하기 위해 이러한 코일은 두 가지 방식으로 회로에 포함될 수 있습니다. 예를 들어 삼각형의 세 변, 즉 왼쪽에 배치할 수 있습니다. 따라서 3면 대신 XNUMX개의 코일 I, II 및 III를 얻습니다. 여기서 전류는 기간의 XNUMX/XNUMX 위상 변이로 유도됩니다. 기전력의 적용점을 평행 도체의 끝으로 이동할 수도 있습니다. 여기에 코일을 넣으면 다른 연결이 됩니다. 이제 코일의 왼쪽 끝 XNUMX개에 대한 전도성 연결로만 사용되는 삼각형은 단일 지점으로 축소될 수 있습니다. 첫 번째는 "델타"라고하고 두 번째는 "별"이라고하는 이러한 연결은 엔진과 발전기 모두에서 널리 사용됩니다.
Dolivo-Dobrovolsky는 1889년 겨울에 자신의 첫 번째 24상 비동기 모터를 제작했습니다. 고정자로 1개의 반 폐쇄 슬롯이 있는 DC 기계의 환형 앵커가 사용되었습니다. Tesla의 실수를 감안할 때 Dolivo-Dobrovolsky는 고정자 전체 둘레의 슬롯에 권선을 분산시켜 자기장의 분포를 보다 유리하게 만들었습니다. 로터는 "다람쥐 케이지" 권선이 있는 원통형이었습니다. 회전자와 고정자 사이의 공극은 XNUMXmm에 불과했는데, 그 당시에는 일반적으로 간격이 더 크게 만들어졌기 때문에 과감한 결정이었습니다. "다람쥐 케이지"의 막대에는 단열재가 없었습니다. 표준 DC 발전기를 XNUMX상 전류원으로 사용하고 위에서 설명한 대로 XNUMX상 발전기로 재구성했습니다. 엔진의 첫 시동이 AEG의 리더십에 미친 인상은 엄청났습니다. 많은 사람들에게 산업용 전기 모터를 만드는 길고 험난한 길이 마침내 완성되었다는 것이 분명해졌습니다. 기술적 성능 측면에서 Dolivo-Dobrovolsky의 엔진은 당시 존재했던 모든 전기 모터를 능가했습니다. 효율성이 매우 높고 모든 모드에서 완벽하게 작동하며 안정적이고 사용하기 쉽습니다. 따라서 그들은 즉시 전 세계적으로 널리 퍼졌습니다. 그 이후로 모든 생산 영역에서 전기 모터의 급속한 도입과 산업의 광범위한 전기화가 시작되었습니다. 저자: Ryzhov K.V.
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▪ 기사 컴퓨터용 적외선 원격 제어. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전 ▪ 기사 확성기의 음향 단락과 그 극복. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
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