принцип роботи, будова, класифікація. Все про електродвигуни.

Інтернет-магазин інженерного обладнання «ОВК Комплект»пропонує своїм відвідувачам ознайомитися з принципом роботи, пристроєм та класифікацією електродвигунів, а згодом купити електродвигун за найрозумнішою ціною в Україні! Ці пристрої є незамінною основою для функціонування більшої частини техніки як побутового, так і промислового застосування. Тому в сучасному суспільстві їх сфера застосування не має меж. А актуальність такої покупки може виникнути будь-якої пори року.

На сьогоднішній день практично в будь-якому механічному пристосуванні використовується поєднання кінетичної та потенційної енергії — механічна енергія, яка є джерелом рушійної сили, що відповідає за роботу всієї системи. З відкриттям електрики механічну енергію можна перетворювати з електричної, шляхом застосування електромеханічної машини — електродвигуна.

Принцип роботи електродвигуна

Функціонує електричний двигун із принципу електромагнітної індукції — фізичний процес генерації електричного струму в замкнутому контурі за умови зміни магнітного потоку, що переміщується крізь нього. Перший електродвигун за таким принципом був створений в 1821 році вченим з Британії Майклом Фарадеєм і був не закріплений сталевий дріт, який був занурений у чан із ртуттю, де в середині був встановлений вічний магніт. Під впливом електричного впливу на провід останній утворював навколо себе циклічне магнітне поле, що змушувало його кружляти навколо магніту.

Надалі принцип дії електродвигуна (електромагнетизму) до розуму довів російський учений Б. С. Якобі. Він перший у 1834 році зміг винайти технічне пристосування, яке було в змозі створювати кругове обертання, що породжувало привид у рух механічні пристрої. Розвиваючи цю ідею, Якобі досяг зростання потужності свого першого прототипу електродвигуна з 15 Вт до 550 Вт. У 1839 році електричний двигун цього генія міг розвинути 1 кінську силу, що дозволяло переміщати човен з вагою близько тонни річкою проти течії.

Пристрій електродвигуна

В основі конструкції будь-якого електродвигуна лежить наявність двох найважливіших елементів — нерухома частина «статор» («індуктор» для двигунів постійної напруги) і рухома частина «ротор» («якір» для машин постійної напруги). Під впливом електричного струму на обмотки статора, генерується електромагнітне поле, що обертається, під впливом якого на обмотку ротора і викликаючи тим самим струм індукції, примушує його обертатися в певному напрямку. Цей процес пояснюється законом Ампера: на провідник під напругою, впроваджений у зону електромагнітного поля, діє електрорушійна сила (ЕРС). Електродвигуни відрізняються за параметром частоти обертання ротора (якоря), який залежить від кількості пар магнітних полюсів та частоти напруги живлення мережі.

1. КОРПУС

2. РОТОР

3. КЛЕМНА КОРОБКА

4. СТАТОР

5. ВАЛ

Типи електродвигунів

Сучасні види електродвигунів мають широку класифікацію за різними конструктивними та функціональними ознаками. Насамперед їх прийнято ділити за принципом виникнення крутного моменту на:

• Електродвигун гістерезисний — у процесі перемагнічування ротора виникає властивість фізичної системи, гістерез, який власне і створює крутний момент. Електрообладнання даного типу дуже рідко знаходять застосування у промисловій сфері.
• Електромагнітний електродвигун — найпоширеніший тип, що застосовується практично у всіх побутових та промислових областях.

Ця група, у свою чергу, ділиться за характером споживання харчування на:

• Ел двигун постійного струму — живиться від мережі з постійною напругою. Такий вид пристрою може бути виконаний також у різних варіантах: з відсутністю щітково-колекторного вузла або з його наявністю. В останньому передбачена градація за типом збудження на: двигуни з незалежним збудженням та самозбудженням, які теж можуть різнитися за характером обмотки та бути виконані у таких формах: паралельно, послідовно, змішано.
• Електричний двигун змінного струму — живлення здійснюється від мережі зі змінним типом напруги.

Такий вид електромагнітних перетворювачів класифікуються за принципом роботи на:

• Синхронний електродвигун — суть полягає в синхронному обертанні ротора з електромагнітним полем статора при однаковій частоті. Такі пристрої відрізняються особливо високою потужністю, що досягає сотні кіловат і більше того.
• Асинхронний двигун змінного струму — функціонує на основі того, що частота обертання електромагнітного поля статора не збігається з частотою обертання ротора, за типом виконання обмотки який може бути короткозамкнутим або фазовим. За кількістю фаз асинхронні електродвигуни виступають в однофазному або трифазному варіантах.

Двигатель постоянного тока: устройство и принцип действия

Содержание

Немного истории и теории

Первые электрические двигатели

Бурное развитие электротехники не прекращается с момента зарождения этого направления в физике. Первыми разработками, связанными с электрическими моторами, были работы многих ученых в 20-х годах 19-го столетия. Изобретали всяких мастей пытались соорудить механические машины, способные превращать электрическую энергию в кинетическую.

• Особую значимость имеют исследования М. Фарадея, который в 1821 году, проводя эксперименты по взаимодействию тока и разных проводников, выяснил, что проводник может вращаться внутри магнитного поля, ровно как вокруг проводника может вращаться и магнит.
• Второй этап развития занял более значительный отрезок времени от 1830-х до 1860-х годов. Теперь, кода основные принципы преобразования энергии человеку были известны, он пытался создать наиболее эффективную конструкцию двигателя с вращающимся якорем.
• В 1833 году американский изобретатель и по совместительству кузнец Томас Девенпорт смог построить первый роторный двигатель, работающий на постоянном токе, и сконструировать модель поезда, приводимую им в движение. На свою электрическую машину он получил патент спустя 4 года.

Б.С. Якоби

• В 1834 году Борис Семенович Якоби, русско-немецкий физик и изобретатель, создает первый в мире электродвигатель постоянного тока, в котором смог таки реализовать основной принцип работы таких машин, применяемый и сегодня — с постоянно вращающейся частью.
• В 1838 году, 13 сентября был произведен пуск настоящей лодки по Неве с 12-ю пассажирами на борту — так происходили полевые испытания двигателя Якоби. Лодка двигалась со скоростью 3 кмч против течения. Привод двигателя был соединен с лопастными колесами по бокам, как на пароходах того времени. Электрический ток подавался к агрегату от батареи содержащей 320 гальванических элементов.

Лодка с лопастными колесами

Результатом проведенных испытаний стала возможность формирования основных принципов дальнейшего развития электромоторов:

• Во-первых, стало ясно, что расширение сферы их применения напрямую зависит от удешевления способов получения электрической энергии — требовался надежный и недорогой генератор, а не дорогостоящие на тот момент гальванические батареи.
• Во-вторых, требовалось создать достаточно компактные двигатели, которые бы, однако, обладали большим коэффициентом полезного действия.
• И в третьих — были очевидны преимущества двигателей с вращающимися неоднополюсными якорями, с постоянным вращающимся моментом.

Работа шунтового генератора

Затем наступает третий этап развития электромоторов, который ознаменован открытием явления самовозбуждения двигателя электрического тока, после чего был сформирован принцип обратимости таких машин, то есть двигатель может быть генератором, и наоборот. Теперь для того чтобы запитать двигатель начали применять недорогие генераторы тока, что в принципе делается и сегодня.

Интересно знать! Любая электрическая сеть подключена к электростанции, вырабатывающей ток. Сама станция, по сути, и есть набор мощнейших генераторов, приводимых в движение разными способами: течение реки, энергия ветра, ядерные реакции и прочее. Исключение составляют, разве что, фотоэлементы в солнечных батареях, но это уже другая, дорогая, пока не нашедшая достаточного распространения история.

Вид современной конструкции электродвигатель приобрел в далеком 1886 году, после чего в него вносились только доработки и усовершенствования.

Основные принципы функционирования

Двигатели постоянного тока и принцип действия: вспоминаем школьные уроки физики

В основу любого электрического двигателя положен принцип магнитного притягивания и отталкивания. В качестве эксперимента можете провести такой простейший опыт.

• Внутрь магнитного поля нужно поместить проводник, по которому нужно пропустить электрический ток.
• Для этого удобнее всего пользоваться магнитом в форме подковы, а в качестве проводника подойдет медная проволока подключенная концами к батарейке.
• В результате опыта вы увидите, что проволоку вытолкнет из области действия постоянного магнита. Почему это происходит?
• Дело в том, что при прохождении тока через проводник, вокруг последнего создается электромагнитное поле, которое вступает во взаимодействие с уже имеющимся, от постоянного магнита. Как результат этого взаимодействия, мы видим механическое движение проводника.
• Если говорить более подробно, то выглядит это так. Когда круговое поле проводника вступает во взаимодействие с постоянным от магнита, то сила магнитного поля с одной стороны возрастает, а с другой уменьшается, из-за чего провод выталкивает из области действия магнита под углом 90 градусов.

Занимательная физика

• Направление, в котором вытолкнет проводник можно установить по правилу левой руки, которое применимо только к электродвигателям. Правило гласит следующее — левую руку нужно поместить в магнитное поле так, чтобы его силовые линии входили в нее с ладони, а 4 пальца были направлены по ходу движения положительных зарядов, тогда отведенный в сторону большой палец покажет направление воздействующей на проводник движущей силы.

Эти простые принципы двигателя постоянного тока применяется и поныне. Однако в современных агрегатах вместо постоянных магнитов применяют электрические, а рамки заменяют сложные системы обмоток.

Сфера применения

Как вы уже поняли, использование электродвигателей постоянного тока целесообразно в условиях, когда постоянное беспрерывное подключение к сети неосуществимо. Хорошим примером здесь может служить автомобильный стартер, толкающий двигатель внутреннего сгорания «с места», или детские игрушки с моторчиком. В данных случаях для запуска двигателя используются аккумуляторные батареи. В промышленных целях ДПТ применяются на прокатных станах.

Основная же сфера применения ДПТ — электрический транспорт. Пароходы, электровозы, трамваи, троллейбусы и другие аналогичные имеют очень большое пусковое сопротивление, преодоление которого возможно только с помощью двигателей постоянного тока с их мягкими характеристиками и широкими пределами регулировки вращения. С учетом стремительного развития и популяризации экологических транспортных технологий, сфера применения ДПТ лишь увеличивается.

Дизельные двигатели

Дизельные двигатели

Ханну Яаскеляйнен, Магди К. Хайр

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите под номером , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

• Ранняя история дизельного двигателя

Abstract : Дизельный двигатель, изобретенный в конце 19 ^го века доктором Рудольфом Дизелем, является наиболее энергоэффективной силовой установкой среди всех известных сегодня типов двигателей внутреннего сгорания. Такой высокий КПД обеспечивает хорошую экономию топлива и низкий уровень выбросов парниковых газов. Другие характеристики дизеля, которые не были сравнимы с конкурирующими машинами для преобразования энергии, включают долговечность, надежность и топливную безопасность. К недостаткам дизелей относятся шум, низкая удельная выходная мощность, выбросы NOx и твердых частиц, а также высокая стоимость.

• Что такое дизельный двигатель?
• Типы дизельных двигателей
• Эффективность и выбросы парниковых газов
• Характеристики дизельных двигателей

В большинстве современных дизельных двигателей используется обычное расположение цилиндров и поршней, приводимое в действие кривошипно-шатунным механизмом, характерным для других двигателей внутреннего сгорания, таких как бензиновый двигатель. Учитывая этот базовый механизм, между базовой структурой дизельных и бензиновых двигателей очень мало различий.

Концептуально дизельные двигатели работают, сжимая воздух до высокого давления/температуры, а затем впрыскивая небольшое количество топлива в этот горячий сжатый воздух. Высокая температура вызывает испарение небольшого количества сильно распыленного впрыскиваемого топлива. Смешиваясь с горячим окружающим воздухом в камере сгорания, испаряющееся топливо достигает температуры самовоспламенения и сгорает, высвобождая энергию, запасенную в этом топливе

[391] .

Определение дизельного двигателя развивалось с годами. Например, в начале 20 9В 0016-м -м веке было проведено различие между «настоящим дизельным двигателем» и двигателем, который разделял некоторые аспекты дизельного цикла, но не охватывал все аспекты, считавшиеся частью дизельного цикла, как это предполагалось. Одним из первых определений «настоящего дизельного двигателя» является наличие следующих характеристик [2959] :

1. Сжатие, достаточное для создания температуры, необходимой для самовозгорания топлива.
2. Впрыск топлива струей сжатого воздуха.
3. Максимальное давление цикла (достигаемое при сгорании), не намного превышающее давление сжатия, т. е. отсутствие выраженного взрывного эффекта.

В то время как первый пункт вышеперечисленных характеристик соответствует современному дизельному двигателю, последние два — нет. В течение 1920-х и 1930-х годов две другие характеристики утратили свое значение.

Впрыск топлива на твердом топливе начал появляться примерно в 1910 году, но только в конце 19 века.20-х годов, что он начал быстро получать признание. Интересно отметить, что сам Дизель выбрал впрыск воздушной струи скорее по необходимости, чем по собственному желанию. Дизель предусмотрел топливную систему с твердым впрыском, а не систему воздушного дутья.

Дизель довольно строго придерживался режима сгорания при постоянном давлении, пункт 3. Однако это было возможно только в больших относительно тихоходных дизельных двигателях, которые были распространены до 1920-х годов. В небольших высокоскоростных двигателях, появившихся в 19 в.20-х годов практические соображения означали, что сгорание было ближе к процессу постоянного объема, как в цикле Отто, а не к постоянному давлению, как в цикле Дизеля.

Краткий обзор ранней истории дизельного двигателя обсуждается в другом месте.

###

Четырехтактный двигатель

: основные детали, принцип работы, применение0003

Что вы узнаете из этой статьи?

• Основная часть четырехтактных двигателей SI и CI.
• Концепция работы четырехтактных двигателей с искровым зажиганием (бензиновых) и двигателей с воспламенением от сжатия (дизельных) с ее приложениями.
• Преимущества и недостатки четырехтактных двигателей.

В наших предыдущих статьях мы узнали о двигателях типа и его основных частях вместе с терминологией , используемой в двигателе . Мы знаем, что двигатель внутреннего сгорания можно классифицировать по-разному. Одним из наиболее полезных двигателей является четырехтактный двигатель, который в основном используется в автомобильной промышленности. Эти двигатели можно дополнительно разделить на двигатель с искровым зажиганием или бензиновый двигатель и двигатель с воспламенением от сжатия или дизельный двигатель. Двигатель SI разработан Николаусом Отто, а двигатель CI разработан Рудольфом Дизелем. Эти двигатели имеют много общего с некоторыми принципиальными отличиями.

Принцип:

Мы знаем, что ход поршня определяется как максимальное движение поршня в любом направлении внутри цилиндра двигателя. Например, если поршень движется от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке  , это называется ходом поршня. Если он возвращается к нижней мертвой точке , это называется 2-тактным. Точно так же, если он снова движется к ВМТ и возвращается в НМТ, он совершает четыре такта. Это основной принцип четырехтактного двигателя.

Двигатель, который завершает четыре такта за один рабочий такт или завершает один цикл, называется четырехтактным двигателем. Коленчатый вал совершает один оборот за два такта. Так он делает два оборота в четырехтактных двигателях.

Части:

1. Поршень
2. Цилиндр
3. Камера сгорания
4. Входные и выхлопные клапаны
5. Впускной и выпускной коллектор
6. Зажигание зажигания
7. Инъектор
8. Подключающий шах
10. Поршневые кольца
11. Поршневой палец
12. Распределительный вал
13. Маховик
14. Картер

Подробнее об этих деталях можно узнать по Основные части двигателей

1

 0091

Четырехтактный двигатель завершает свою циклическую работу за четыре хода поршня или два оборота коленчатого вала. Это такт всасывания, такт сжатия, рабочий ход или такт расширения и такт выпуска. И двигатели SI, и двигатели CI следуют этим четырем тактам, чтобы завершить один цикл. Рабочую операцию этих штрихов можно резюмировать следующим образом.

 

Ход всасывания:

Под всасыванием понимается всасывание заряда (воздушно-топливной смеси в двигателях SI и только воздуха в двигателях CI) в цилиндр двигателя. Всасывается через впускной клапан. Поршень движется от  ВМТ до НМТ  во время этого хода. Воздух всасывается за счет разницы давлений между цилиндром двигателя и атмосферой в двигателе без наддува и за счет воздушного компрессора в двигателях с наддувом.

Такт сжатия:

В этом такте поршень движется от НМТ к ВМТ. Впускной и выпускной клапаны закрыты, и поршень сжимает заряд во время этого хода. Движение поршня происходит за счет инерции или проворачивания двигателя. Этот процесс происходит изоэнтропически в обеих машинах SI и CI.

Рабочий ход и рабочий ход:

В этом такте поршень перемещается от ВМТ к НМТ. И впускной, и выпускной клапан закрыты во время этого такта.


В двигателях SI свеча зажигания создает искру, которая воспламеняет топливно-воздушную смесь. Поскольку все топливо находится внутри цилиндра, сгорание происходит мгновенно, поэтому этот процесс рассматривается как сгорание постоянного объема для идеального цикла. В результате сгорания топлива внутри цилиндра создается сила высокого давления, которая действует как движущая сила поршня и коленчатого вала. После сгорания поршень расширяется от ВМТ до НМТ в изоэнтропическом направлении.


В двигателях с воспламенением инжектор впрыскивает топливо в камеру сгорания. Топливо сгорает за счет тепла, выделяющегося во время такта сжатия. В этих двигателях топливо подается через форсунку, поэтому впрыск топлива не происходит мгновенно. Топливо горит равномерно, поэтому этот процесс рассматривается как горение при постоянном давлении для идеального цикла. После сгорания поршень движется от ВМТ к НМТ изоэнтропически.

Такт выпуска:

Когда поршень достигает НМТ, выпускной клапан открывается, и поршень начинает движение от НМТ к ВМТ за счет инерции поршня. Сгоревшие газы выбрасываются через выпускной клапан из цилиндра двигателя в окружающую среду. Когда поршень достигает ВМТ, в цилиндр поступает новый заряд, и этот цикл повторяется.


Применение четырехтактного двигателя:
• Четырехтактный двигатель широко используется в автомобильной промышленности.
• Они используются в автобусах, грузовиках и других транспортных средствах.
• Используются в насосной системе.
• Эти двигатели находят применение в мобильных электрогенераторах.
• Эти двигатели широко используются в авиационных и судовых двигателях.
• Дизельные двигатели находят применение в насосных агрегатах, строительной технике, воздушных компрессорах, буровых установках и т. д.

 

Преимущества и недостатки:

Преимущества:

• Четырехтактные двигатели обеспечивают более высокий КПД.
• Создает меньше загрязнения.
• Меньший износ благодаря хорошей системе смазки
• Мягче работает.
• Работает чище, так как в топливо не добавляется дополнительное масло.
• Дают высокие обороты при малой мощности.

Недостатки:

• Эти двигатели более сложные из-за клапанного механизма и системы смазки.
• Дорого стоят по сравнению с двухтактными двигателями.