Електромотор (струјоврт или струен двигател) — направа која ја претвора електричната енергија во механичка работа. Денес се употребуваат голем број видови на електромотори, но принципот на работа е ист кај сите. Електромоторите ги има во голем дел на апарати во домаќинствата, а се користат и во скоро сите машини во индустријата. Обратната постапка во претворање на механичката енергија во електрична енергија се врши со електричен генератор.

Повеќето електрични мотори работат преку интеракција помеѓу магнетното поле на електричниот мотор и струењето на струја за да генерираат сила. Во одредени апликации, како што се регенеративното сопирање со влечни мотори во транспортната индустрија, електричните мотори, исто така, можат да се користат обратно како генератори за претворање на механичката енергија во електрична енергија.

Најдени во апликации кои се разновидни како индустриски вентилатори и пумпи, машински алати, апарати за домаќинство, електрични алати и дискови, електричните мотори може да се напојуваат со извори на еднонасочна струја, како што се батерии, моторни возила или исправувачи или преку наизменични (AC) извори, како што се електричната мрежа, инвертерите или генераторите. Мали мотори може да се најдат во електрични часовници. Моторите со општа намена со високо стандардизирани димензии и одлики обезбедуваат пригодна механичка моќ за индустриска употреба. Најголемиот дел од електричните мотори се користат за бродски погон, цевки за компресија на цевки и за пумпање, со рејтинзи до 100 мегавати. Електричните мотори може да се класифицираат според тип на извор на електрична енергија, внатрешна конструкција, примена, тип на движење, и така натаму.

Електричните мотори се користат за производство на линеарна или вртежна сила (вртежен момент) и треба да се разликуваат од уредите како што се магнетни соленоиди и звучници кои ја претвораат електричната енергија во движење, но не генерираат употребливи механички сили, кои се нарекуваат односно актуатори и трансдуктори.

Историја

Рани мотори

Можеби првите електрични мотори биле едноставни електростатички направи создадени од шкотскиот монах Ендру Гордон во 1740-тите.Tom McInally, The Sixth Scottish University. The Scots Colleges Abroad: 1575 to 1799 (Brill, Leiden, 2012) p. 115 Теоретскиот принцип кој произлегува од производство на механичка сила преку интеракции на електрична струја и магнетно поле, законот за силата на Ampère, подоцна бил откриен од André-Marie Ampère во 1820 година. Претворањето на електричната енергија во механичка енергија со помош на електромагнетни средства била демонстрирана од страна на Англискиот научник Мајкл Фарадеј во 1821 година. Жица со слободна висина беше натопена во базен на жива, на која беше поставен постојан магнет (ПМ). Кога струјата се пренесува низ жицата, жицата се ротира околу магнетот, покажувајќи дека струјата доведе до блиско кружно магнетно поле околу жицата. Овој мотор често се демонстрира во експериментите за физика, со замена на солена вода за токсична жива. Иако тркалото Barlow беше рана префинетост на оваа демонстрација Фарадеј, овие и слични хомополарни мотори требаше да останат несоодветни за практична примена до крајот на векот.

Во 1827 година, унгарскиот физичар Ањош Једвик започнал да експериментира со електромагнетни калеми. Откако Jedlik ги реши техничките проблеми на континуираната ротација со пронаоѓањето на комутаторот, тој ги нарекува своите рани уреди "електромагнетни авто-ротори". Иако биле користени само за подучување, во 1828 година, Jedlik го демонстрирал првиот уред кој ги содржи трите главни компоненти на практичните еднонасочни мотори: статорот, роторот и комутаторот. Уредот не користел постојани магнети, бидејќи магнетните полиња на стационарните и на вртливите компоненти биле произведени исклучиво од струењата што течеле низ нивните намотки.

Успех со DC мотори

По многу други повеќе или помалку успешни обиди за релативно слаби вртечки и повратни апарати, прускиот Мориц фон Јакоки го создаде првиот вистински вртечки електричен мотор во мај 1834 година, кој всушност развил извонредна механичка излезна моќ. Неговиот мотор постави светски рекорд, кој беше подобрен само четири години подоцна во септември 1838 година од страна на самиот Јакоби. Неговиот втор мотор беше доволно моќен да вози брод со 14 луѓе низ широка река. Не беше до 1839/40 дека други развивачи низ целиот свет успеаја да изградат мотори со слични, а подоцна и со повисоки перформанси.

Првиот коммутатор DC електричен мотор способен за претворање на машини бил измислен од британскиот научник Вилијам Старџон во 1832 година. Следејќи ја работата на Евангелието, електричен мотор со директен напон од коммутатор направен со намера за комерцијална употреба бил изграден од американскиот пронаоѓач Томас Девенпорт, кој го патентирал во 1837 година. Моторите траеле до 600 вртежи во минута и погонски машински алати и печатарска преса. Поради високата цена на примарната енергија од батерии, моторите беа комерцијално неуспешни и Девенпорт банкротираше. Неколку пронаоѓачи го следеа Евангелието во развојот на DC мотори, но сите се соочија со истите проблеми со батеријата. Во тоа време не беше развиена дистрибуција на електрична енергија. Како моторот на Старџон, немаше практичен комерцијален пазар за овие мотори.

Во 1855 година, Jedlik изградил уред користејќи слични принципи на оние што се користеле во неговите електромагнетни авто-ротори, што било способно за корисна работа. Истата година изградил модел на електрично возило.

Главната пресвртна точка во развојот на машини за еднонасочна струја се одржа во 1864 година, кога Антонио Пачиноти за првпат опиша прстенестата арматура со нејзините симетрично групирани калеми затворена врз себе и поврзана со решетките на коммутатор, чии четки се испорачуваат практично не-флуктуирачка струја. Првите комерцијално успешни еднонасочни мотори го следеа пронајдокот на Зенобе Грамме, кој во 1871 година го реновираше дизајнот на Пачиноти. Во 1873 година, Грамме покажа дека неговата динамо може да се користи како мотор, што тој покажал на големо влијание на изложбите во Виена и Филаделфија преку поврзување на два такви DC мотори на растојание од 2 километри едни од други, еден како генератор .

Во 1886 година, Френк Џулијан Спрге го измислил првиот мотор со еднонасочна струја, мотор кој не предизвикувал искривување, кој одржувал релативно константна брзина под променливи оптоварувања. Другите Sprague електрични пронајдоци за овој пат во голема мера ја подобрија дистрибуцијата на електричната мрежа (претходна работа направена додека е вработена од Томас Едисон), дозволено е електричното моторно напојување да се врати на електричната мрежа, обезбедува електрична дистрибуција на колички преку надземни жици и количка, и обезбеди системи за контрола на електрични операции. Ова му овозможило на Sprague да ги користи електричните мотори за да го измисли првиот електричен систем за количка во 1887-88 во Ричмонд VA, електричниот лифт и систем за контрола во 1892 година и електричниот метро со независни централизирани контролирани автомобили, кои биле инсталирани во 1892 во Чикаго од јужната страна подигната железница, каде што стана популарно познат како "L". Моторните и сродни пронајдоци на Sprague доведоа до експлозија на интерес и употреба во електрични мотори за индустријата, додека скоро истовремено, уште еден голем изумител го развива својот примарен конкурент, кој ќе стане многу пораспространет. Развојот на електричните мотори со прифатлива ефикасност беше одложен за неколку децении, поради тоа што не успеа да ја препознае екстремната важност на релативно мал воздушен јаз помеѓу роторот и статорот. Ефикасните дизајни имаат релативно мал воздушен јаз. Сент Луис мотор, кој долго време се користи во училниците за да ги илустрира моторните принципи, е исклучително неефикасен од истата причина, како и да не се појавува ништо како модерен мотор.

Примена на електрични мотори револуција индустрија. Индустриските процеси повеќе не беа ограничени со пренос на енергија со користење на линиски врати, ремени, компримиран воздух или хидрауличен притисок. Наместо тоа, секоја машина може да биде опремена со сопствен електричен мотор, обезбедувајќи лесна контрола на местото на користење и подобрување на ефикасноста на пренос на енергија. Електричните мотори кои се применуваат во земјоделството ги елиминираат моќноста на човечки и животински мускули од такви задачи како ракување со жито или транспорт на вода. Употребата на електрични мотори наменета за домаќинството ја намалува тешката работа во домот и овозможи повисоки стандарди на удобност, удобност и безбедност. Денес, електричните мотори претставуваат повеќе од половина од потрошувачката на електрична енергија во САД.

Појавување на AC мотори

Во 1824 година, францускиот физичар Франсоа Араго го формулираше постоењето на вртечки магнетни полиња, наречени ротации на Араго, кои со рачно вклучување и исклучување на прекинувачите, Волтер Бејли во 1879 година го демонстрирал како прв примитивен индукциски мотор. Во 1880-тите години, многу пронаоѓачи се обидуваа да развијат мотори со наизменична струја, бидејќи предностите на AC во високонапонската трансмисија на далечина се контрабалансирани од неможноста да работат мотори на AC. Првите мотори за наизменична струја без наизменична струја беа независно измислени од Галилео Ферарис и Никола Тесла, модел на работен мотор кој беше демонстриран од страна на првиот во 1885 година, а од вториот во 1887 година. Во 1888 година Кралската академија за наука на Торино го објави истражувањето на Ферари со детали за темелите на моторното работење, но сепак заклучува дека "апаратот врз основа на тој принцип не може да биде од комерцијална важност како мотор".

Во 1888 година, Тесла го презентираше својот труд Новиот систем за наизменични струјни мотори и трансформатори до AIEE, во кој се опишани три патентираните двофазни четири-статорски мотори: еден со четириполен ротор кој формира мотор кој не е автоматски отпорен , уште еден со ротор на рана кој формира индукциски мотор со самопочеток, а третиот е вистински синхрони мотор со одделно возбудено напојување со еднонасочна струја за намотување на роторот.

Еден од патентите кој Тесла го поднесол во 1887 година, сепак, исто така, го опишал индукциониот мотор со краток спој и ротор. Џорџ Ветингхаус веднаш ги купил патентите на Тесла, го вработил Тесла за да ги развие, и го назначил С. Ф. Скот да му помогне на Тесла; сепак, Тесла остави друга цел во 1889 година. Инсталациониот мотор со постојан брзински погон не беше погоден за улични возила, но инженерите од Ветингхаус успешно го адаптираа за да ја искористат рударската операција во Телвејд, Колорадо во 1891 година.

Постојано во својата промоција на трифазен развој, Михаил Доливо-Доброволски го измислил трифазниот мотор за индукција на кафез-ротор во 1889 година и трансформаторот со три екстремитети во 1890 година. Овој тип мотор сега се користи за огромното мнозинство на комерцијални апликации. Сепак, тој тврди дека моторот на Тесла не бил практичен поради двофазните пулсирања, што го поттикнало тој да истрае во неговата трифазна работа. Иако Вестингхаус го постигна својот прв практичен индукциски мотор во 1892 година и развил линија од повеќефазни 60-херцни мотори во 1893 година, овие рани Вестингхаус мотори биле двофазни мотори со вртечки рачки сè додека Б. Лам не развил вртечки вртежен лизгач.

Компанијата "Џенерал електрик" започна да развива трифазни индукциски мотори во 1891 година. До 1896 година, "Џенерал електрик" и "Ветингхаус" потпишаа договор за вкрстено лиценцирање за дизајнот на бар-виткање-ротор, подоцна наречен ротор на верверица-кафез. Индукционите моторни подобрувања што произлегуваат од овие пронајдоци и иновации беа такви што моторот со индукција од 100 КС (HP) во моментов ги има истите монтажни димензии како 7,5-литарски мотор во 1897 година.

Моторна конструкција

Ротор