Устройство, принцип работы и подключения электродвигателей переменного тока | Полезные статьи
Электродвигатели переменного тока являются электротехническими устройствами, которые преобразовывают электрическую энергию в механическую. Электромоторы нашли широкое применение во многих отраслях промышленности для привода всевозможных станков и механизмов. Без такого оборудования невозможна работа стиральных машин, холодильников, соковыжималок, кухонных комбайнов, вентиляторов и других бытовых приборов.
По принципу работы электродвигатели переменного тока делятся на синхронные и асинхронные. Асинхронные электромоторы переменного тока наиболее часто применяются в промышленности.
Асинхронный двигатель с креплением к фланцу
Стоит рассмотреть устройство электродвигателя переменного тока асинхронного.
Данный вид электромоторов состоит из главных частей — статора и ротора. В современных асинхронных электромоторах статор имеет неявно выраженные полюсы.
Для того чтобы максимально снизить потери от вихревых токов, сердечник статора изготавливают из соответствующей толщины листов электротехнической стали, подвергшихся штамповке. В пазы статора впрессовывается обмотка из медного провода. Фазовые обмотки статора устройства могут соединяться «звездой» или «треугольником». При этом все начала и концы впрессованных обмоток электромотора выводятся на корпус — в клеммную коробку. Подобное устройство статора электродвигателя оправданно, так как дает возможность включать его обмотки на различные стандартные напряжения. Сердечник статора запрессовывается в чугунный или алюминиевый корпус.
Устройство асинхронного электродвигателя
Ротор асинхронного мотора также состоит из подвергшихся штамповке листов электротехнической стали, и во все его пазы закладывается обмотка.
Учитывая конструкцию ротора, асинхронные электродвигатели подразделяются на устройства с короткозамкнутым ротором и фазным ротором.
Обмотку короткозамкнутого ротора, сделанную из медных стержней, закладывают в пазы ротора. При этом все торцы стержней соединяют при помощи медного кольца. Данный вариант обмотки считается обмоткой типа «беличья клетка». Стоит отметить, что медные стержни в пазах ротора не изолируются. Во многих асинхронных электромоторах «беличью клетку» сменяют литым ротором. Ротор напрессовывается на вал двигателя и является с ним одним целым.
Синхронные электродвигатели устанавливаются в различных электроинструментах, пылесосах, стиральных машинах. На корпусе синхронного электромотора переменного тока имеется сердечник полюса, в котором расположены обмотки. Обмотки возбуждения намотаны и на якорь. Их выводы припаяны ко всем секторам токосъемного коллектора, на которые при использовании графитовых щеток подается напряжение.
Устройство синхронного электродвигателя
Принцип действия электродвигателя переменного тока основан на применении закона электромагнитной индукции. При взаимодействии переменного электрического тока в проводнике и магните может возникнуть непрерывное вращение.
В синхронном электродвигателе якорь вращается синхронно с электромагнитным полем полюса, а у асинхронного электромотора ротор вращается с отставанием от вращающегося магнитного поля статора.
Для работы асинхронного электромотора необходимо, чтобы ротор устройства вращался в более медленном темпе, чем электромагнитное поле статора. При подаче тока на обмотку статора между сердечником статора и ротора возникает электромагнитное поле, которое наводит ЭДС в роторе. Возникает вращающийся момент, и вал электродвигателя начинает вращаться. Из-за трения подшипников или определенной нагрузки на вал, ротор асинхронного двигателя всегда вращается в более медленном темпе.
Принцип работы электродвигателя переменного тока асинхронного заключается в том, что магнитные полюса устройства постоянно вращаются в обмотках электромотора и направление тока в роторе постоянно меняется.
Скорость вращения ротора электромотора асинхронного зависит от общего количества полюсов. Для того чтобы понизить скорость вращения ротора в таком двигателе, требуется увеличить общее количество полюсов в статоре.
В синхронных электродвигателях вращающий момент в устройстве создается при взаимодействии между током в обмотке якоря и магнитным потоком в обмотке возбуждения. При изменении направления переменного тока одновременно меняется направление магнитного потока в корпусе и якоре. При таком варианте вращение якоря всегда будет в одну сторону. Примечательно, что плавная регулировка скорости вращения таких электромоторов регулируется величиной подаваемого напряжения, при помощи реостата или переменного сопротивления.
В зависимости от напряжения сети фазные обмотки статора асинхронного электромотора могут подсоединяться в «звезду» или «треугольник». Схема электродвигателя переменного тока при подключении его в сеть с напряжением 220 Вольт обмотки соединяются в треугольник, а при подключении в сеть 380 Вольт — схема обмоток имеет вид звезды.
Для оформления заказа позвоните менеджерам компании Кабель.РФ® по телефону +7 (495) 646-08-58 или пришлите заявку на электронную почту [email protected] с указанием требуемой модели электродвигателя, целей и условий эксплуатации. Менеджер поможет Вам подобрать нужную марку с учетом Ваших пожеланий и потребностей.
Принцип работы электродвигателя постоянного тока, устройство электромотора.
Электродвигатель постоянного тока был изобретен раньше других типов машин, преобразующих электрическую энергию в механическую. Несмотря на то, что позднее самое широкое распространение получили двигатели переменного тока, существуют сферы применения, в которых нет альтернативы электродвигателям постоянного тока.
Подробно о классификации и принципах работы электрических моторов, рекомендуем прочитать в нашей отдельной статье.
Содержание:
Электродвигатель постоянного и переменного тока
История изобретения
Электродвигатель Якоби.
Для того чтобы понять принцип работы электрических двигателей постоянного тока (ДПТ) мы обратимся к истории его создания. Итак, первые опытные доказательства того, что электрическую энергию можно превращать в механическую, продемонстрировал Майкл Фарадей. В 1821 году он провел опыт с проводником, опущенным в сосуд, наполненный ртутью, на дне которого располагался постоянный магнит. После подачи электричества на проводник, тот начинал вращаться вокруг магнита, демонстрируя свою реакцию на имеющееся в сосуде магнитное поле. Эксперимент Фарадея не нашел практического применения, но доказал возможность создания электрических машин, и дал старт развитию электромеханики.
Первый электрический двигатель постоянного тока, в основу которого был положен принцип вращения подвижной части (ротора) был создан русским физиком-механиком Борисом Семеновичем Якоби в 1834 году. Это устройство работало следующим образом:
- После подачи питания вокруг якоря-ротора создавалось электромагнитное поле, чьи полюса располагались напротив друг друга по правилу буравчика и отклонялись от одноименных полюсов индуктора.
- Перед тем, как электромагнитное поле якоря устанавливалось на максимальном приближении к разноименным полюсам индуктора, специальный коммутатор отключал питание, и якорь продолжал вращаться по инерции.
- После того, как якорь выходил из-под полюсов индуктора, коммутатор включал питание с обратной полярностью и появившееся «перевернутое» электромагнитное поле отталкивалось от полюсов индуктора, делая полный оборот якоря.
1-4 — металлические кольца, 5 — скользящий контакт, 6 — батарея
Описанный принцип использовался в двигателе, который Якоби установил на лодке с 12 пассажирами в 1839 году. Судно двигалось рывками со скоростью в 3 км/ч против течения (по другим данным — 4.5 км/ч), но успешно пересекло реку и высадило пассажиров на берег. В качестве источника питания использовалась батарея с 320 гальваническими элементами, а движение осуществлялось с помощью лопастных колес.
Дальнейшее изучение вопроса привело исследователей к разрешению массы вопросов, касаемо того, какие источники питания лучше использовать, как улучшить его рабочие характеристики и оптимизировать габариты.
В 1886 году Фрэнком Джулиан Спрэгом впервые был сконструирован электродвигатель постоянного тока, близкий по конструкции тем, которые применяются в наши дни. В нем был реализован принцип самовозбуждения и принцип обратимости электрической машины. К этому моменту все двигатели данного типа перешли на питание от более подходящего источника – генератора постоянного тока.
Щёточно-коллекторный узел обеспечивает электрическое соединение цепи ротора с цепями, расположенными в неподвижной части машины
Устройство и принцип работы
В современных ДПТ используется все тот же принцип взаимодействия заряженного проводника с магнитным полем. С усовершенствованием технологий устройство лишь дополняется некоторыми элементами, улучшающими производительность. К примеру, в наши дни постоянные магниты используются лишь в двигателях низкой мощности, поскольку в крупных аппаратах они занимали бы слишком много места.
Основной принцип
Первоначальные прототипы двигателей данного типа были заметно проще современных аппаратов. Их примитивное устройство включало в себя лишь статор из двух магнитов и якорь с обмотками, на которые подавался ток. Изучив принцип взаимодействия магнитных полей, конструкторы определили следующий алгоритм работы двигателя:
- Подача питания создает на обмотках якоря электромагнитное поле.
- Полюса электромагнитного поля отталкиваются от одноименных полюсов поля постоянного магнита.
- Якорь вместе с валом, на котором он закреплен, вращается в соответствии с отталкивающимся полем обмотки.
Данный алгоритм отлично работал в теории, однако на практике перед создателями первых двигателей вставали характерные проблемы, препятствовавшие функционированию машины:
- Мертвое положение, из которого двигатель невозможно запустить – когда полюса точно сориентированы друг перед другом.
- Невозможность пуска из-за сильного сопротивления или слабого отталкивания полюсов.
- Ротор останавливается после совершения одного оборота. Это связано с тем, что после прохождения половины окружности притягивание магнита не разгоняло, а тормозило вращение ротора.
Решение первой проблемы было найдено довольно быстро – для этого было предложено использовать более двух магнитов. Позднее в устройство двигателя стали включать несколько обмоток и коллекторно-щеточный узел, который подавал питание только на одну пару обмоток в определенный момент времени.
Коллекторно-щеточная система подачи тока решает и проблему торможения ротора – переключение полярности происходит до того момента, когда вращение ротора начинает замедляться. Это значит, что во время одного оборота двигателя происходит как минимум два переключения полярности.
Проблема слабых пусковых токов рассматривается ниже в отдельном разделе.
Конструкция
Итак, постоянный магнит закрепляется на корпусе двигателя, образуя вместе с ним статор, внутри которого располагается ротор. После подачи питания на обмотке якоря возникает электромагнитное поле, вступающее во взаимодействие с магнитным полем статора, это приводит к вращению ротора, жестко посаженного на вал. Для передачи электрического тока от источника к якорю двигатель оснащается коллекторно-щеточным узлом, состоящим из:
- Коллектора. Он представляет собой токосъемное кольцо из нескольких секций, разделенных диэлектрическим материалом, подключается к обмоткам якоря и крепится непосредственно на валу двигателя.
- Графитовых щеток. Они замыкают цепь между коллектором и источником питания с помощью щеток, которые прижимаются к контактным площадкам коллектора прижимными пружинами.
Обмотки якоря одними концами соединяются между собой, а другими – с секциями коллектора, образуя таким образом цепь, по которой ток идет по следующему маршруту: входная щетка –> обмотка ротора -> выходная щетка.
Приведенная принципиальная схема (рис. 3) демонстрирует принцип работы примитивного электродвигателя постоянного тока с коллектором из двух секций:
- В этом примере мы будет считать стартовым положением ротора то, которое нарисовано на схеме. Итак, после подачи питания на нижнюю щетку, помеченную знаком «+», ток протекает по обмотке и создает вокруг нее электромагнитное поле.
- По правилу буравчика в левой нижней части формируется северный полюс якоря, а на правой верхней – южный. Располагаясь вблизи одноименных полюсов статора, они начинают отталкиваться, приводя тем самым ротор в движение, которое продолжается до тех пор, пока противоположные полюса не окажутся на минимальном друг от друга расстоянии, то есть придут в окончательное положение (рис. 1).
- Конструкция коллектора на данном этапе приведет к переключению полярности на обмотках якоря. В результате этого полюса магнитных полей снова окажутся на близком расстоянии и начнут отталкиваться.
- Ротор совершает полный оборот, и коллектор снова меняет полярность, продолжая его движение.
Детали электродвигателя постоянного тока
Здесь, как уже было отмечено, продемонстрирован принцип работы примитивного прототипа. В настоящих двигателях используется более двух магнитов, а коллектор состоит из большего числа контактных площадок, благодаря чему обеспечивается плавное вращение.
В высокомощных двигателях использование постоянных магнитов не представляется возможным из-за их большого размера. Альтернативой для них служит система из нескольких токопроводящих стержней, на каждой из которых имеется своя обмотка, подключаемая к питающим шинам. Одноименные полюса включаются в сеть последовательно. На корпусе может присутствовать от 1 до 4 пар полюсов, а их количеству должно соответствовать число токосъемных щеток на коллекторе.
Электродвигатели, рассчитанные на большую мощность, обладают рядом функциональных преимуществ перед более «легкими» аналогами. К примеру, здешнее устройство токосъемных щеток поворачивает их на определенный угол относительно вала для компенсации торможения вала, названного «реакцией якоря».
Пусковые токи
Постепенное оснащение ротора двигателя дополнительными элементами, обеспечивающими его бесперебойную работу и исключающими секторальное торможение, возникает проблема его запуска. Но все это увеличивает вес ротора – с учетом сопротивления вала столкнуть его с места становится сложнее. Первым решением этой проблемы, приходящим в голову, может быть увеличение силы тока, подаваемой на старте, но это может привести к неприятным последствиям:
- защитный автомат линии не выдержит тока и отключится;
- провода обмотки сгорят от перегрузки;
- секторы переключения на коллекторе приварятся от перегрева.
Поэтому такое решение можно назвать скорее рискованной полумерой.
Вообще, данная проблема является главным недостатком электродвигателей постоянного тока, но включает в себя основное их преимущество, благодаря которому они незаменимы в некоторых областях. Преимущество это заключается в прямой передаче момента вращения сразу же после пуска – вал (если тронется с места) будет крутиться с любой нагрузкой. Двигатели переменного тока на такое не способны.
Решить эту проблему полностью до сих пор не удалось. На сегодняшний день для пуска таких двигателей используется автомат-стартер, чей принцип работы схож с автомобильной коробкой передач:
- Сначала ток постепенно поднимается до пускового значения.
- После «сдвига» с места значение тока резко падает и снова плавно поднимается «подгоняя вращение вала».
- После подъема до предельного значения сила тока снова снижается и «подгоняется».
Данный цикл повторяется 3-5 раз (рис. 4) и решает необходимость старта двигателя без возникновения критических нагрузок в сети. Фактически, «плавный» запуск по-прежнему отсутствует, однако оборудование работает безопасно, а главное достоинство электродвигателя постоянного тока – крутящий момент – сохраняется.
Схемы подключения
Подключение ДПТ выполняется несколько сложнее, в сравнении с двигателями со спецификацией на переменный ток.
У двигателей высокой и средней мощности, как правило, есть специальные контакты обмотки возбуждения (ОВ) и якоря, вынесенные в клеммную коробку. Чаще всего на якорь подают выходное напряжение источника, а на ОВ – ток, отрегулированный, как правило, реостатом. Скорость вращения двигателя напрямую зависит от силы тока, поданного на обмотку возбуждения.
Есть три основные схемы включения якоря и обмотки возбуждения электродвигателей постоянного тока:
- Последовательное возбуждение используется в моторах, от которых требуется большая сила тока на старте (электрический транспорт, прокатное оборудование и т.п.). Данная схема предусматривает последовательное подключение ОВ и якоря к источнику. После подачи напряжения по обмоткам якоря и ОВ проходят токи одинаковой величины.Следует учитывать, что снижение нагрузки на вал даже на четверть при последовательном возбуждении приведет к резкому повышению оборотов, что может привести к поломке двигателя, поэтому эта схема и используется в условиях постоянной нагрузки.
- Параллельное возбуждение применяется в моторах, обеспечивающих работу станкового, вентиляторного и прочего оборудования, которое в момент пуска не оказывает высокую нагрузку на вал. В этой схеме для возбуждения ОВ используется независимая обмотка, регулируемая, чаще всего, реостатом.
- Независимое возбуждение очень схоже с параллельным, но в данном случае для подачи питания ОВ используется независимый источник, что исключает появление электрической связи между якорем и обмоткой возбуждения.
В современных электрических двигателях постоянного тока могут применяться смешанные схемы, основанные на базе трех описанных.
Регулировка скорости вращения
Способ регулирования оборотов ДПТ зависит от схемы его подключения:
- В моторах с параллельным возбуждением снижение оборотов относительно номинала можно производить изменяя напряжение якоря, а повышение – ослабляя поток возбуждения. Для увеличения оборотов (не более чем в 4 раза относительно номинальной величины) в цепь ОВ добавляется реостат.
- При последовательном возбуждении регулировка легко осуществляется переменным сопротивлением в цепи якоря. Правда этот метод подходит только для снижения оборотов и лишь в соотношениях 1:3 или 1:2 (кроме того, это приводит к большим потерям в реостате). Повышение осуществляется с помощью регулировочного реостата в цепи ОВ.
Данные схемы редко применяются в современном высокотехнологичном оборудовании, поскольку обладают узким диапазоном регулировки и другими недостатками. В наши дни для этих целей все чаще создают электронные схемы управления.
Реверсирование
Для того чтобы реверсировать (обратить) вращение двигателя постоянного тока необходимо:
- при последовательном возбуждении – просто изменить полярность входных контактов;
- при смешанном и параллельном возбуждении – необходимо менять направление тока в обмотке якоря; разрыв ОВ может привести к критическому повышению нагнетаемой электродвижущей силы и пробою изоляции проводов.
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.
Самый простой щёточно-коллекторный узел
Достоинства и недостатки
Резюмируя все вышесказанное, можно описать характерные для электродвигателей постоянного тока достоинства и недостатки относительно их аналогов, рассчитанных на работу от переменного тока.
Основные достоинства:
- ДПТ незаменимы в ситуациях, когда необходим сильный пусковой момент;
- скорость вращения якоря легко регулируется;
- двигатель постоянного тока является универсальной электрической машиной, то есть может применяться в качестве генератора.
Главные недостатки:
- ДПТ имеют высокую производственную стоимость;
- использование щеточно-коллекторного узла приводит к необходимости частого техобслуживания и ремонта;
- для работы нужен источник постоянного тока или выпрямители.
Электродвигатели постоянного тока, безусловно, проигрывают своим «переменным» сородичам по стоимости и надежности, однако используются и будут использоваться, поскольку плюсы от их использования в определенных сферах категорические перечеркивают все минусы.
Принцип действия электродвигателя
Электродвигателем называется устройство, принцип действия которого преобразование электрической энергии в механическую. Такое преобразование используется для запуска в работу всевозможных видов техники, начиная от самого простого рабочего оборудования и заканчивая автомобилями. Однако при всей полезности и продуктивности такого преобразования энергий, в данном свойстве есть небольшой побочный эффект, который проявляется в повышенном выделении тепла. Именно поэтому электрические двигатели оснащаются дополнительным оборудованием, которое способно охладить его и позволить работать в бесперебойном режиме.
Принцип работы электродвигателя — основные функциональные элементы
Любой электрический двигатель состоит из двух основных элементов, один из которых является неподвижным, такой элемент называется статором. Второй элемент является подвижным, эта часть двигателя называется ротором. Ротор электрического двигателя может быть выполнен в двух вариантах, а именно может быть короткозамкнутым и с обмоткой. Хотя последний тип на сегодняшний день является достаточно большой редкостью, поскольку сейчас повсеместно используются такие устройства, как частотные преобразователи.
Принцип действия электродвигателя основана на выполнении следующих этапов работы. Во время включения в сеть, в статоре начинает осуществлять вращение возникшее поле магнитного типа. Оно действует на обмотку статора, в которой при этом возникает ток индукционного типа. Согласно закону Ампера, ток начинает действовать на ротор, который под этим действием начинает свое вращение. Непосредственно частота вращения ротора напрямую зависит от того, какой силы действия возникает ток, а так же от того, какое количество полюсов при этом возникает.
Принцип работы электродвигателя — разновидности и типы
На сегодняшний день наиболее распространенными считаются двигатели, которые имеют магнитоэлектрический тип. Есть еще тип электродвигателей, которые называют гистерезисные, однако они не являются распространенными. Первый тип электродвигателей, магнитоэлектрического вида, могут подразделяться еще на два подтипа, а именно электродвигатели постоянного тока и двигатели переменного тока.
Первый вид двигателей осуществляет свою работу от постоянного тока, эти типы электродвигателей используются тогда, когда возникает необходимость регулировки скоростей. Данные регулировки осуществляются посредством изменений напряжения в якоре. Однако сейчас существует большой выбор всевозможных преобразователей частот, поэтому такие двигатели стали применяться все реже и реже.
Двигатели переменного тока соответственно работают посредством действия тока переменного типа. Здесь так же имеется своя классификация, и двигатели делятся на синхронные и асинхронные. Их основным различием становится разница во вращении необходимых элементов, в синхронном движущая гармоника магнитов движется с той же скоростью, что и ротор. В асинхронных двигателях наоборот, ток возникает за счет разницы в скоростях движения магнитных элементов и ротора.
Благодаря своим уникальным характеристикам и принципам действия электродвигатели на сегодняшний день распространенны гораздо больше, чем скажем двигатели внутреннего сгорания, поскольку они обладают рядом преимуществ перед ними. Так коэффициент полезного действия электродвигателей является очень высоким, и может достигать почти 98%. Так же электродвигатели отличаются высоким качеством и очень долгим рабочим ресурсом, они не издают много шума, и во время работы практически не вибрируют. Большим преимуществом такого типа двигателей является то, что они не нуждаются в топливе, и как результат не выделяют в атмосферу никаких загрязняющих веществ. К тому их использование является намного более экономичным, по сравнению с двигателями внутреннего сгорания.
Как работает электромотор, строение электромагнитного двигателя автомобиля
Электродвигатель является одним из наиболее распространённых устройств, которое способно превращать даже небольшое количество поглощаемой энергии в сложную механическую работу. Это довольно экономичный, безопасный и практически безвредный для окружающей среды мотор, именно поэтому с каждым годом число авто, основанных на электротяге, только возрастает. В статье подробно рассмотрен основной принцип работы и устройство двигателя, способного работать на электрической энергии.
Как устроен электродвигатель
Сегодня известна не одна модификация электромотора, но несмотря на это, вне зависимости от его сложности и дополнительных узлов, каждый такой агрегат состоит из двух основных частей: статора и ротора. Статор представляет собой неподвижную несущую часть, на которой установлены магнитопроводы, а в некоторых случаях и индуктор — технический блок, преобразующий переменный ток в постоянный. Основой статора любого автомобиля является литой или сварной корпус из металла (станина) и сердечник. В сердечнике предусмотрены специальные пазы, в которых установлена статорная обмотка (из медной проволоки). Её роль играют тонкие, параллельно расположенные и изолированные жилы из меди (или медных сплавов).
Под ротором принято подразумевать главный движущий элемент мотора. Наиболее часто он приобретает вид стального вала, по бокам которого закреплены подшипники. Поверх вала располагается медная обмотка, закрытая пластинами-магнитопроводами. Ротор плотно устанавливается во внутреннюю часть статора, при этом между верхней поверхностью ротора и внутренней частью статора устанавливается минимальный зазор, который не препятствует вращению вала во время работы.
Питание такого узла производится при помощи литий-ионного аккумулятора, его основой являются отдельные модули, подключённые в единое целое при помощи последовательной схемы. Это позволяет создать напряжение необходимой мощности и с устойчивыми параметрами. Зачастую на выходе такой батареи формируется около 300 В постоянного тока, но в некоторых моделях автомобилей при чётко устроенном взаимодействии всех узлов показатель может доходить и до 700 В.
Рекомендуем для прочтения:Принцип работы электродвигателя
Электромотор можно назвать одним из наиболее простых и эффективных способов конвертирования электрической энергии в механическую. Данное действие реализуется благодаря так называемой магнитной индукции. Под ней подразумевают особое физическое явление, во время которого происходит возникновение электродвижущей силы в замкнутой среде при изменении потока магнитной силы.
В обычных двигателях внутреннего сгорания коленвал приводится в движение при помощи давления газов, как производных сгорания топлива. Электрический двигатель вращает ось благодаря взаимодействию магнитных полей на статоре и роторе. При подаче электроэнергии на медной обмотке этих элементов возникают взаимоотталкивающиеся поля, которые позволяют автоматически двигать ротор относительно неподвижного статора.
Если устроить контролируемый режим подачи питания через проводник, можно добиться стабильного и сбалансированного вращения движущихся частей, а далее — и машины. Такое строение даёт возможность практически отказаться от сложной коробки передач и упростить управление автомобилем. Кроме того, эта конструкция значительно проще, нежели цилиндровый двигатель, поэтому в нормальном режиме эксплуатации её ресурс будет значительно больше.
Видео: Как работает электродвигатель
Виды электродвигателей
Современная промышленность подарила изобилие всевозможных разновидностей и типов электродвигателей. Наиболее часто их классифицируют в зависимости от поглощаемого тока, поэтому выделяют устройства, работающие на постоянном и переменном токе. Существует и смешанный вид силового агрегата, способный работать как на постоянном, так и переменном напряжении.
Важно! Двигатели от разных производителей авто имеют уникальную массу, технические решения, мощность, размеры и прочие параметры, поэтому с каждым годом по ходу развития электротехники классификация дополняется.
В свою очередь, моторы, работающие на переменном напряжении, делятся на две основные группы: синхронные и асинхронные. Первые имеют одинаковую частоту магнитного поля как статора, так и ротора. Вторые отличаются различными частотами, при этом скорость взаимодействия магнитного поля статора значительно больше, нежели у ротора.Можно также различать электромагнитные двигатели в зависимости от фаз поглощения тока. Так, выделяют одно-, двух- и даже трёхфазные автомоторы, самым редким из них принято считать трёхфазный. Сегодня известно всего несколько реальных воплощений такого агрегата в современном автомобилестроении, это такие автомобили, как Mitsubishi i-MiEV и Chevrolet Volt.
И, наконец, автомобильный электромотор разделяют на бесколлекторный и коллекторный (в зависимости от наличия щёточно-коллекторного узла). Первый тип работает на переменном токе, второй — на постоянном. Коллектор в этом случае играет роль принудительного «выпрямителя» интенсивности напряжения. При этом основная масса автомобилей на современном рынке передвигается именно на коллекторных моторах.
Автомобильный электродвигатель — это реальная, выгодная и более экологичная альтернатива классическим топливным моторам. Конструкция этих агрегатов надёжна, а также позволяет стабильно работать вне зависимости от типа нагрузки. Несмотря на то что большинство современных электромагнитных моторов по мощности уступают бензиновым и дизельным, этот разрыв с каждым годом только сокращается.
Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.
Устройство защиты электродвигателя УЗДР-8-10, в Санкт-Петербурге с доставкой по России
При всей универсальности, реле контроля фаз проверяет параметры только питающей сети. Однако, возможны такие ситуации, когда они соответствуют норме, а нагрузка находится в аварийном или предаварийном состоянии, например, перегрев электродвигателя при перегрузке. Кроме того, при снижении сопротивления изоляции, возможно поражение обслуживающего персонала током. Устройство защиты электродвигателя следит за состоянием не только питающей сети, но и нагрузки.
После включения устройства защиты электродвигателя, оно проверяет напряжения фаз сети, порядок их чередования и ток утечки в нагрузке. Если эти параметры соответствуют норме, нагрузка начинает нормально работать, в противном случае универсальное устройство защиты запрещает включение потребителя и индицирует причину аварии на табло. В дальнейшем, в процессе работы, реле контроля фаз измеряет напряжение сети, ток, протекающий по каждой фазе, и температуру нагрузки. Если значения указанных величин выходят за пределы установленные пользователем или произойдет обрыв фазы, то устройство защиты электродвигателя отключает нагрузку, индицируя на табло причину аварии.
Чтобы избежать случайных срабатываний устройства защиты электродвигателя, например при кратковременном дребезге пускателя, отключение нагрузки происходит не сразу, а по истечении времени задержки, установленного пользователем (максимум 10 с). Следует иметь в виду, что задержка отключения при перегрузке по току, зависит от ее величины, что позволяет избежать отключения системы, например при кратковременной неопасной пергрузке электродвигателя.
Пользователь может устанавливать следующие параметры устройства:
- верхний и нижний предел допустимого напряжения
- допустимая разница напряжений на фазах (перекос фаз по напряжению)
- максимальный допустимый ток нагрузки
- допустимая разница токов по фазам (перекос по току)
- задержка перед отключением в аварийной ситуации
- Предельно допустимые сопротивление изоляции (300 кОм) и температура нагрузки (80–90°C) записаны в память устройства и могут быть изменены производителем по требованию заказчика.
Если устройство защиты электродвигателя питается от контролируемой сети, то после аварийного отключения он выключается тоже и индикация причины аварии пропадает. Чтобы избежать такой потери информации в устройстве защиты электродвигателя предусмотрено питание от независимого источника 220 В. В этом случае вся информация на табло сохраняется до отключения последнего.
Защита электродвигателя
Защита электродвигателя
В электродвигателях, как и в многих других электротехнических, устройствах, могут возникать аварийные ситуации. Если вовремя не принять меры, то в худшем случае, из-за поломки электродвигателя, могут выйти из строя и другие элементы энергосистемы.
Для повышения ресурса безаварийной работы двигателя и повышения эксплуатационной надежности, концерн Русэлпром предлагает использовать защиту двигателей.
Применение защиты удорожает двигатель, поэтому выбор типа и количества защит определяется не только технической, но и экономической целесообразностью их установки. Правильный выбор защиты двигателя позволяет получить необходимый эффект с обоснованными затратами.
Как правило, для двигателей напряжением до 1000 Вт предусматривается:- защита от коротких замыканий;
- защита от перегрузки.
Короткое замыкание в электродвигателе может привести к росту тока, более чем в 12 раз в течение очень короткого промежутка времени (около 10 мс). Для защиты двигателей от коротких замыканий должны применяться предохранители или автоматические выключатели.
Защита от перегрузки устанавливается в тех случаях, когда возможна перегрузка механизма по технологическим причинам, а также при тяжелых условиях пуска и для ограничения длительности пуска при пониженном напряжении.
Для защиты двигателя от перегрузки используется:
- Тепловая защита;
- Температурная защита;
- Максимально токовая защита;
- Минимально токовая защита;
- Фазочувствительная защита.
Температурная защита
Наиболее эффективной защитой двигателей является температурная защита.
Температурная защита реагирует на увеличение температуры наиболее нагретых частей двигателя с мощью встроенных температурных датчиков и через устройства температурной защиты воздействует на цепь управления контактора или пускателя и отключает двигатель.
Любой двигатель производства концерна «Русэлпром» по заказу потребителя может быть укомплектован встроенными температурными датчиками для защиты двигателей в аварийных режимах, следствием которых может быть нагрев обмотки до недопустимой температуры.
В качестве датчиков используются полупроводниковые терморезисторы с положительным температурным коэффициентом — позисторы. Датчики встраиваются в лобовые части обмотки статора со стороны противоположной вентилятору наружного обдува по одному в каждую фазу, соединяются последовательно. Концы цепи датчиков выводятся на специальные клеммы в коробке выводов. К этим клеммам подключают реле или иной аппарат, реагирующий на сигнал датчиков.
Датчики реагируют только на температуру, и их действие не зависит от причин возникновения опасного нагрева. Поэтому такая система обеспечивает защиту двигателя как в режимах с медленным нагреванием (перегрузка, работа на двух фазах), так и в режимах с быстрым нагреванием (заклинивание ротора, выход из строя подшипников и другое).
Согласно требованиям ГОСТ 27895 (МЭК 60034$11) температура срабатывания защиты должна соответствовать значениям, приведенным в таблице.
Пороги термозащиты
| Тепловой режим | Значение температуры обмотки статора для систем изоляции класса нагревостойкости, град. С | ||
|---|---|---|---|
| B | F | H | |
| Установившийся (Предельно допустимое среднее значение) | 120 | 140 | 165 |
| Медленной нагревание (Срабатывание защиты) | 145 | 170 | 195 |
| Быстрое нагревание (Срабатывание защиты) | 200 | 225 | 250 |
Характеристики датчиков температурной защиты
Двигатели с датчиками температурной защиты имеют встроенные в каждую фазу обмотки и соединённые последовательно терморезисторы типа СТ14-2-145 по ТУ11-85 ОЖО468.165ТУ или другие терморезисторы с аналогичными параметрами.
В вводном устройстве двигателей предусмотрены клеммы для подсоединения цепи терморезисторов к исполнительному устройству температурной защиты.
Температура срабатывания датчиков температурной защиты:
| Класс нагревостойкости изоляции двигателя | Обозначения типа позистора по ТУ11-85 ОЖО468.165ТУ | Пороговая температура срабатывания позистора, град. С. |
|---|---|---|
| В | CТ-14А-2-130 | 130 |
| F | CТ-14А-2-145 | 145 |
| H | CТ-14А-2-160 | 160 |
Срабатывание температурной защиты происходит при возрастании температуры обмотки до значения, указанного в таблице 13, и температуре позистора, указанной в таблице 13.1. Время срабатывания защиты не превышает 15 с. Исполнительное устройство температурной защиты должно отключать силовую цепь двигателя при достижении сопротивления цепи термодатчиков 2100- 450 Ом.
Сопротивление одного позистора составляет 30 — 140 Ом при 25 градусах C, сопротивление цепи из 3 позисторов составляет 250±160 Ом.
Сопротивление изоляции цепи терморезисторов относительно обмоток статора двигателя при температуре окружающей среды (25 +5)°C составляет:
- В практически холодном состоянии двигателя находится в пределах от 120 до 480 Ом. Измерительное напряжение при контроле не более 2,5 В.
- В номинальном режиме работы двигателей при установившемся тепловом состоянии (температура обмотки двигателя <= 140 °C) не более 1650 Ом.
Напряжение, подаваемое на цепь терморезисторов, не более 7,5 В.
Исполнительные устройства
В качестве исполнительного устройства температурной защиты применяется любое устройство позволяющее отключать силовую цепь двигателя при достижении цепью терморезисторов сопротивления в диапазоне 1650-2400 Ом. Время срабатывания устройства температурной защиты при этом должно быть не более 1 с.
Устройство защиты электродвигателя УЗДР-8 200-300А без трансформаторов тока
Устройство защиты электродвигателя УЗДР-8 является сигнально-командным прибором, предназначенным для защиты электродвигателей или другой нагрузки путем ее аварийного отключения.
Прибор выдает команду на отключение электродвигателя при возникновении следующих нештатных ситуаций:
- неверный порядок чередования фаз
- обрыв фазы
- «слипание» фаз
- выход напряжения за установленные пределы
- перекос напряжения
- перекос по току потребления
- превышение номинального тока потребления электродвигателем
- перегрев обмотки статора электродвигателя или защищаемого объекта
- повышенная утечка изоляции
Устройство защиты электродвигателя разделено на два модуля: датчиков тока и электронный. Модуль датчиков содержит в своем составе три трансформатора тока и схему передающую информацию в электронный модуль. Кроме этого сигнала к электронному модулю подключаются провода питающей, контролируемой сети, термодатчика, контроля сопротивления изоляции и исполнительного устройства. На лицевой панели устройства защиты электродвигателя расположены кнопки управления и индикаторная панель, отображающая режимы работы и причины аварийных состояний системы.
Принцип работы устройства защиты электродвигателей УЗДР-8
После включения устройства защиты электродвигателя, оно проверяет напряжения фаз сети, порядок их чередования и ток утечки в нагрузке. Если эти параметры соответствуют норме, нагрузка начинает нормально работать, в противном случае универсальное устройство защиты запрещает включение потребителя и индицирует причину аварии на табло. В дальнейшем, в процессе работы, реле контроля фаз измеряет напряжение сети, ток, протекающий по каждой фазе, и температуру нагрузки. Если значения указанных величин выходят за пределы установленные пользователем или произойдет обрыв фазы, то устройство защиты электродвигателя отключает нагрузку, индицируя на табло причину аварии.
Электродвигатели: что это такое и как они работают?
Электродвигатели используются постоянно для питания устройств, которые мы используем каждый день. Будь то вентилятор, охлаждающий вас в жаркий день, двигатель воздуходувки для листьев или электромобиль, без электродвигателей, мир был бы совсем другим.
Что такое электродвигатель?
Электродвигатель — это машина, которая может преобразовывать электрическую энергию в механическую (в частности, кинетическую энергию или энергию движения).Обычно это достигается за счет использования взаимосвязи между электричеством и магнетизмом.
Электродвигатели могут питаться от переменного тока, например от сетевой розетки, или постоянного тока, например от аккумулятора.
Как работает электродвигатель?
Основной принцип, лежащий в основе электродвигателя, заключается в том, что катушка с проволокой должна свободно вращаться в присутствии внешнего магнитного поля.
Когда ток проходит через катушку с проволокой, взаимодействие между током и полем создает крутящий момент, заставляющий катушку вращаться.Это вращение можно использовать, например, для вращения шин игрушечной машины, или оно может приводить в движение коленчатый вал и преобразовывать вращательное движение в поступательное.
Как сделать свой собственный электродвигатель
Иногда лучший способ понять, как работает двигатель, — это построить его самостоятельно. Вы можете построить простой двигатель постоянного тока из обычных предметов домашнего обихода.
Посылая ток через провод тщательно продуманной формы в присутствии магнитного поля, мы можем создать часть нашей цепи, которая будет вращаться, позволяя нам преобразовывать электрическую энергию в механическую.
Сделайте катушку из провода, несколько раз обернув обмотку вокруг батареи 1,5 В с ячейкой «D» (батарея служит формой; снимите катушку, когда закончите намотку). Оставьте примерно 2-3 см торча с обоих концов. Убедитесь, что все витки намотаны в одном направлении.
Катушка должна быть хорошо сбалансирована на этих концах, чтобы она могла легко поворачиваться при установке в подставку, предусмотренную скрепками. Вы должны удерживать катушку вместе, скручивая последнюю петлю вокруг катушек, чтобы намотать катушки вместе.
Когда катушка находится в показанном положении, с одного из концов провода, который будет контактировать со скрепками, изоляция должна быть удалена только с нижней стороны. Другой конец должен быть полностью обнажен в месте контакта со скрепкой. Таким образом, примерно половину времени через катушку будет проходить ток.
Согните две скрепки так, чтобы они удерживали катушку, как показано, и закрепили их на месте.
Поместите постоянный магнит под катушку.
Подключите источник питания, например батарею D, которую вы использовали в качестве формы, к скрепкам.
Попробуйте запустить двигатель, слегка покрутив катушку. Попробуйте, настройте, попробуйте, настройте, попробуйте и снова настройтесь, пока не добьетесь успеха!
Как это работает?
Если катушка ориентирована, как показано на изображении, ток проходит через катушку по часовой стрелке, а магнитное поле направлено вверх, тогда верх катушки будет ощущать силу, указывающую наружу (относительно экрана компьютера, на котором вы это смотрите. ), и нижняя часть катушки почувствует силу, направленную внутрь. Это заставит катушку вращаться.
Когда ваша катушка повернется на 180 градусов, ток будет течь против часовой стрелки. Однако, поскольку вы сняли половину провода, ток не будет течь, пока катушка перевернута. Это сделано для того, чтобы у нас не возникла сила в противоположном направлении, заставляющая катушку реверсировать, а не продолжать.
При условии, что первоначальный толчок из-за поля достаточно сильный, катушка перевернется на 180 градусов, сделав полный оборот, к концу которого ток течет таким образом, что сила заставляет ее сделать еще один оборот, как и раньше. .Если все достаточно хорошо сбалансировано, мотор должен вращаться довольно быстро и долго.
Запчасти для коммерческих двигателей
К компонентам промышленного двигателя относятся следующие:
Якорь является силовой частью двигателя. Он может быть расположен на роторе (вращающаяся часть) или на статоре (неподвижная часть). Якорь состоит из катушек проволоки, которые взаимодействуют с магнитным полем при прохождении тока.В нашем самодельном двигателе катушка была якорем и ротором, а скрепки — статором.
Щетки позволяют передавать ток на ротор при его вращении. В нашем самодельном моторе точка контакта скрепок и медного провода служила той же цели.
Коммутатор служит для периодического изменения направления тока. Это необходимо для двигателя постоянного тока или двигателя постоянного тока, но обычно не требуется для двигателя переменного тока или двигателя переменного тока, потому что ток уже меняет направление.Мы добились включения / выключения тока в нашем двигателе, оставив одну сторону контактного провода изолированной.
Магнит поля или Катушки возбуждения (электромагниты) создают необходимое магнитное поле.
Ось представляет собой стержнеобразную деталь, выровненную с осью вращения ротора, так что она вращается вместе с ротором. Горизонтальные концы нашего самодельного мотора были по сути осью.
Шестерня — это небольшая шестерня, которая может использоваться для передачи движения двигателя другому объекту или части машины.
Типы электродвигателей
Существует множество различных типов электродвигателей. Хотя сначала они подразделяются на двигатели переменного и постоянного тока, возможны и многие другие варианты. Будь то тяжелые, легкие, сельскохозяйственные или общие, здесь перечислены лишь некоторые из множества типов.
Однофазный двигатель работает от одного источника переменного тока.
Трехфазный двигатель — это двигатель, который приводится в действие тремя переменными токами одинаковой частоты, не совпадающими по фазе друг с другом.
Синхронный двигатель — это двигатель, период вращения которого кратен частоте переменного тока.
В асинхронном двигателе или , , электрический ток в роторе создается за счет электромагнитной индукции из магнитного поля обмотки статора.
Шаговый двигатель — это бесщеточный двигатель постоянного тока, который прерывает полный оборот на равные ступени. Мотор может двигаться и удерживаться на любом из шагов.
Электрогенераторы
Электрогенераторы являются реверсом электродвигателей; они берут механическую энергию и преобразуют ее в электрическую. Это можно сделать разными способами.
Например, энергия ветра может использоваться для вращения лопастей вентилятора ветрогенератора, которые вращают ротор внутри генератора, и возникающая в результате электромагнитная индукция вызывает протекание тока. Подобным образом работают гидроэлектростанции: падающая вода вращает лопасти турбины.
Институт — История — Изобретение электродвигателя 1800-1854
Унив. Проф. Д-р инж. Мартин Доппельбауэр
СводкаС изобретением батареи (Алессандро Вольта, 1800 г.), генерации магнитного поля из электрического тока (Ганс Кристиан Эрстед, 1820 г.) и электромагнита (Уильям Стерджен, 1825 г.) был заложен фундамент для создания электродвигателей.В то время еще оставалось открытым вопрос, должны ли электродвигатели быть вращающимися или возвратно-поступательными машинами, то есть имитировать шток плунжера паровой машины.
Во всем мире многие изобретатели работали параллельно над этой задачей — это была проблема «моды». Новые явления открывались почти ежедневно. Изобретения в области электротехники и ее приложений витали в воздухе.
Часто изобретатели ничего не знали друг о друге и самостоятельно разрабатывали подобные решения.Соответствующим образом формируются национальные истории до наших дней. Ниже приводится попытка дать исчерпывающую и нейтральную картину.
Первое вращающееся устройство, приводимое в движение электромагнетизмом, было построено англичанином Питером Барлоу в 1822 году (Колесо Барлоу).
После многих других более или менее успешных попыток с относительно слабым вращающимся и возвратно-поступательным устройством немецкоязычный прусский Мориц Якоби создал в мае 1834 года первый настоящий вращающийся электродвигатель , который на самом деле развил замечательную механическую выходную мощность.Его мотор установил мировой рекорд, который был улучшен только четыре года спустя, в сентябре 1838 года, самим Якоби. Его второй двигатель был достаточно мощным, чтобы переправить лодку с 14 людьми через широкую реку. Только в 1839/40 году другим разработчикам во всем мире удалось создать двигатели с аналогичными, а затем и с более высокими характеристиками.
Уже в 1833 году немец Генрих Фридрих Эмиль Ленц опубликовал статью о законе взаимности магнитоэлектрических и электромагнитных явлений, т.е.е. обратимость электрогенератора и двигателя . В 1838 году он дал подробное описание своих экспериментов с генератором Pixii, который он использовал в качестве двигателя.
В 1835 году двое голландцев Сибрандус Стратинг и Кристофер Беккер построили электродвигатель, который приводил в движение небольшую модель автомобиля. Это первое известное практическое применение электродвигателя. В феврале 1837 года первый патент на электродвигатель был выдан американцу Томасу Дэвенпорту.
Однако все ранние разработки Якоби, Стратинга, Давенпорта и других в конечном итоге не привели к электродвигателям, которые мы знаем сегодня.
Электродвигатель постоянного тока был создан не на основе этих двигателей, а скорее при разработке генераторов энергии (динамометров). Основы были заложены Уильямом Ричи и Ипполитом Пикси в 1832 году с изобретением коммутатора и, что наиболее важно, Вернером Сименсом в 1856 году с двойным Т-образным якорем и его главным инженером Фридрихом Хефнер-Альтенеком в 1872 году с барабанная арматура. Двигатели постоянного тока по-прежнему занимают доминирующее положение на рынке в диапазоне малой мощности (ниже 1 кВт) и низкого напряжения (ниже 60 В).
В период с 1885 по 1889 год была изобретена трехфазная электроэнергетическая система , которая является основой для современной передачи электроэнергии и современных электродвигателей. Единого изобретателя трехфазной системы питания назвать нельзя. Есть несколько более или менее известных имен, которые принимали активное участие в изобретениях (Брэдли, Доливо-Добровольский, Феррарис, Хазельвандер, Тесла и Венстрём). Сегодня трехфазный синхронный двигатель используется в основном в высокодинамичных приложениях (например, в роботах) и в электромобилях.Впервые он был разработан Фридрихом Августом Хазельвандером в 1887 году.Очень успешный трехфазный асинхронный двигатель был построен Михаилом Доливо-Добровольским в 1889 году. Сегодня это наиболее часто производимая машина в диапазоне мощностей от 1 кВт и выше.
Расписание 1800 — 1834: Первые эксперименты с электромагнитными устройствами| 1800 | Впервые Allessandro Volta (итальянский) производит непрерывную электрическую энергию (в отличие от искры или статического электричества) из набора серебряных и цинковых пластин. |
| 1820 | Ганс Христиан Эрстед (Дениш) обнаруживает генерацию магнитного поля электрическими токами, наблюдая за отклонением стрелки компаса. Это был первый случай, когда механическое движение было вызвано электрическим током. |
| 1820 | Андре-Мари Ампер (французский язык) изобретает цилиндрическую катушку (соленоид). |
| 1821 | Майкл Фарадей (британец) создает два эксперимента для демонстрации электромагнитного вращения. Вертикально подвешенный провод движется по круговой орбите вокруг магнита. | Вращающийся провод Фарадея, 1821 Фотография любезно предоставлена Отделом труда и промышленности, Национальный музей американской истории, Смитсоновский институт |
| 1822 | Питер Барлоу (Великобритания) изобретает прялку (колесо Барлоу = униполярная машина). | Колесо Барлоу, 1822 Philosophical Magazine, 1822, vol. 59 |
| 1825-1826 | William Sturgeon (Великобритания) изобретает электромагнит , катушку проводов с железным сердечником для усиления магнитного поля. | Первый электромагнит Стерджена, 1825 г. Труды Общества поощрения художеств, мануфактур и торговли, 1824 г., т.43, пл. 3 |
| 1827-1828 | Istvan (Ányos) Jedlik (венгерский) изобретает первую роторную машину с электромагнитами и коммутатором. Однако Джедлик публично сообщил о своем изобретении только десятилетия спустя, и фактическая дата изобретения неизвестна. До сих пор многие венгры считают, что Едлик изобрел электродвигатели. Функциональная модель его аппарата выставлена в художественном музее в Будапеште. Хотя на самом деле это может быть первый электродвигатель, следует понимать, что это устройство не оказало влияния на дальнейшее развитие электрических машин. Изобретение Джедлика долгое время оставалось скрытым, и изобретатель не преследовал его. Электротехника ничем не обязана Джедлику. | Поворотное устройство Jedlik, 1827/28 Фото: Wikipedia Электромобиль Jedlik, 1827/28 Фото: Wikipedia |
| перед 1830 | Иоганн Михаэль Эклинг, механик из Вены, конструирует двигатель по планам и идеям проф.Андреас фон Баумгартнер (австрийский физик; с 1823 г. профессор физики и прикладной математики в Вене). Этот аппарат был приобретен в 1830 году Инсбрукским университетом по цене 50 жидких кубометров. Год постройки неизвестен, но должно быть до 1830 года, поскольку дата покупки подтверждена. | Двигатель Баумгартнера, построенный Эклингом до 1830 года Фотография любезно предоставлена Университетом Инсбрука, Музей экспериментальной физики, Ao.Univ. Проф. Маг. Доктор Армин Денот. |
| 1831 | Майкл Фарадей (Великобритания) обнаруживает и исследует электромагнитную индукцию, то есть генерацию электрического тока из-за переменного магнитного поля (инверсия открытия Эрстеда). Фарадей закладывает основу для развития электрогенератора. |
| 1831 | Джозеф Генри (американец) находит закон индукции независимым от Фарадея и строит небольшой магнитный рокер.Он описывает это как «философскую игрушку». В статье для английского журнала Philosophical Magazine, в 1838 году англичанин Ф. Уоткинс подробно описывает устройство Генри и называет его первым электродвигателем, когда-либо известным. Эта точка зрения распространяется и по сей день в основном на британскую литературу. | Магнитная качалка Генри, 1831 Американский журнал науки, 1831, т. 20, стр. 342 |
| апрель 1832 | Savatore dal Negro (итальянский) создает устройство, которое может поднять 60 граммов за одну секунду на 5 сантиметров и, следовательно, развивает механическую мощность почти 30 мВт. Вероятно, он был вдохновлен магнитным рокером Генри и создал аналогичную возвратно-поступательную машину. Однако устройство Даль Негро может производить движение с помощью специальной передачи. Даль Негро описывает свои эксперименты в письме от апреля 1832 года, а затем в научной статье « Nuova Macchina élettro-Magnetica » в марте 1834 года. | Электромагнитный маятник Даль Негро, 1832 Annali delle Scienze de Regno Lombardo-Veneto, März 1834, pl. 4 |
| июль 1832 | Первое публичное описание вращающейся электрической машины . Автор — анонимный писатель с инициалами П.М. Теперь его с большой вероятностью опознали как ирландца Фредерика Мак-Клинтока из Дублина. Майкл Фарадей, получатель письма 26 июля 1832 года, немедленно его публикует. Впервые публично описана вращающаяся электрическая машина. | Первое описание вращающейся электрической машины П.М., 1832 г. Philosophical Magazine, 1832, стр. 161–162 |
| июль 1832 | Hippolyte Pixii (французский язык) создает первое устройство для генерации переменного тока из вращения. Устройство было публично представлено в сентябре 1832 года на заседании Académie des Sciences . Его описание напечатано уже в июльском выпуске Annales de Chimie . Pixii улучшил свое устройство в том же году, добавив переключающее устройство. Теперь он может производить пульсирующий постоянный ток. | Первый генератор постоянного тока Pixii, 1832/33 F.Niethammer, Ein- und Mehrphasen-Wechsel-strom-Erzeuger, Verlag S. Hirzel, Leipzig 1906 |
| 1832 | Уильям Ритчи (британец) сообщил в марте 1833 года об устройстве, которое он, по его утверждениям, построил уже девятью месяцами ранее, летом 1832 года. Это вращающийся электромагнитный генератор с четырьмя катушками ротора, коммутатором и щетками. Таким образом, Ричи считается изобретателем коммутатора. В конце своей статьи Ричи описывает, как он смог вращать электрический магнит, используя магнитное поле Земли. Он мог поднять вес на несколько унций (50-100 грамм). Коммутация производилась двумя концами провода, которые входили в два полукруглых желоба с ртутью. | Первый генератор постоянного тока с коммутатором, 1832/33 Вращающаяся катушка Ричи, 1833 Philosophical Trans.Лондонского королевского общества, 1833, Vol. 132, стр.316, пл.7 |
| янв. 1833 | A Доктор Шультесс читает лекцию в Обществе инженеров в Цюрихе в 1832 году, в которой описывает свои идеи электродвигателя. В январе 1833 года он успешно продемонстрировал машину перед тем же цюрихским обществом. Подробности неизвестны. | |
| март 1833 | Осенью 1832 года Уильям Осетр строит вращающееся электрическое устройство, которое он публично демонстрирует в марте 1833 года в Лондоне. Как и в случае с Джедликом, нет никаких определенных доказательств даты и деталей его строительства. Осетр сообщил об этом изобретении в 1836 году в первом выпуске своего собственного журнала. | Вращающее устройство Осетровых, 1832 Осетровые Летопись Электричества, 1836/37, т. 1 |
| декабрь 1833 | В первые годы развития электротехники проводилось строгое различие между магнитно-электрическими машинами, т.е.е. электрические генераторы и электромагнитные машины, то есть электродвигатели. Генрих Фридрих Эмиль Ленц (немецкий) обнаружил « закон взаимности магнитоэлектрических и электромагнитных явлений », то есть обратимость электрического генератора и двигателя. Его научный текст читается в конце 1833 года в Санкт-Петербургской Академии Наук и опубликован в 1834 году в «Annalen der Physik und Chemie » Поггендорфа.Его идеи постепенно становятся обычным явлением, особенно в 1838 году после нескольких сообщений об успешных экспериментах по обращению. Иногда утверждают, что принцип обращения был открыт в 1861 году итальянцем Пачинотти или даже только в 1873 году случайно на Всемирной выставке в Вене. Оба утверждения ложны. Эмиль Ленц широко сообщил еще в 1838 году в Annalen der Physik und Chemie Поггендорфа , как он использовал генератор Pixii в качестве двигателя. |
| июль 1834 | Джузеппе Доменико Ботто (итальянец), профессор физики из Турина, в июле 1834 года публикует в женевском журнале Bibliotheque Universelle описание электродвигателя, над которым он работает. Его устройство соответствует метроному (похожему на конструкции Генри и Даль Негро), действующему на маятник с помощью двух электромагнитов.Вращательное движение создается штоком поршня. Реплика устройства сейчас выставлена в Museo Galileo во Флоренции. | Роторная машина Ботто, июль 1834 г. (реконструкция) Фото любезно предоставлено Museo Galileo, Флоренция |
| май 1834 | Мориц Херманн Якоби (немецкоязычный прусский, натурализованный русский) начинается с экспериментов над подковообразным электромагнитом в начале 1833 года в Кенигсберге (тогда Пруссия, ныне Россия).В январе 1834 года он пишет в письме к Поггендорфу, редактору журнала Annalen der Physik und Chemie , о своих успехах. Он переходит к созданию электродвигателя, которое он завершает в мае 1834 года. Его двигатель поднимает вес от 10 до 12 фунтов со скоростью один фут в секунду, что эквивалентно примерно 15 ваттам механической мощности. Якоби прямо заявил в меморандуме 1835 года, что он не единственный изобретатель электромагнитного двигателя. Он указывает на приоритет изобретений Ботто и Даль Негро. Однако Якоби, несомненно, был первым, кто создал пригодный для использования вращающийся электродвигатель. Полнофункциональная копия его двигателя выставлена в Институте электротехники (ETI) Технологического института Карлсруэ (KIT) по адресу Engelbert-Arnold-Strasse 5 (Building 11.10) в Карлсруэ, Германия. | Первый настоящий электродвигатель Мориц Якоби, Кенигсберг, май 1834 года |
| Октябрь 1834 | Американец T. Эдмундсон создает электромагнитное вращающееся устройство, напоминающее водяное колесо. | Электромагнитное колесо Эдмундсона Американский журнал науки, 1834, т. 26, стр. 205 |
| 1834-1835 | В декабре 1833 года кузнец Томас Дэвенпорт (американец) покупает соленоид непосредственно у Джозефа Генри и начинает эксперименты вместе с Orange Smalley (американец) в мастерской в Форестдейле, штат Вермонт. В июле 1834 года двое мужчин создают свою первую роторную машину. Они улучшают устройство в несколько этапов, прежде чем впервые публично продемонстрировать его в декабре 1834 года. В следующем году Давенпорт отделяется от Смолли. Летом 1835 года Давенпорт едет в Вашингтон, округ Колумбия, чтобы продемонстрировать свою машину в патентном бюро и зарегистрировать ее. Однако из-за отсутствия денег ему пришлось безуспешно вернуться домой. | Первый двигатель Давенпорта из его первой заявки на патент в июне 1835 года |
| август 1835 | Фрэнсис Уоткинс (британец) создает электрическую «игрушку», с помощью которой он может приводить во вращение несколько магнитных игл. Он описывает аппарат в статье для Philosophical Magazine . Он признается, что его вдохновила электромагнитная машина (генератор) Джозефа Сакстона, которая выставлена в публичной галерее в Лондоне с августа 1833 года. Watkins можно считать одним из первых, кто понял принцип реверсирования двигателя и генератора. | Игрушка Ваткина, 1835 Philosophical Magazine , 1835, т. 7, стр. 112 |
| 1835 | Sibrandus Stratingh и Christopher Becker (голландский) создают небольшой (30 x 25 см) трехколесный автомобиль с электрическим приводом и весом около 3 кг.Он может проехать по столу от 15 до 20 минут, пока батарея не разрядится. Stratingh и Becker публикуют отчет о своем успехе в том же году. Стратинг знал работу Якоби и в 1840 году хотел построить настоящий электромобиль, но ему это так и не удалось. | Электромодель Стрейтинга и Беккера, 1835 год |
| май 1836 | Johann Philipp Wagner (немецкий) представляет электродвигатель на Stiftungsfest из Sencken-bergischen naturforschenden Gesellschaft .Его аппарат похож на устройство, созданное Стратингом и Беккером. Он может работать около 10 минут, пока батарея не разрядится. Вагнер хранит свою конструкцию в секрете, поэтому есть отчеты о демонстрации, но нет чертежей машины. В последующие годы Вагнер продолжает развивать свой двигатель и публично демонстрирует улучшенные версии. |
| 1836 1837 | Давенпорт продолжает совершенствовать свои устройства.В 1836 году он находит нового партнера в лице Ransom Cook и переезжает в Саратога-Спрингс, штат Нью-Йорк, для дальнейшего развития своих двигателей. С помощью Кука он строит модель патентного бюро. 24 января 1837 года Давенпорт подает в Вашингтон свое предостережение, а 5 февраля 1837 года он получает первый в США патент на электродвигатель: « Усовершенствование движущей силы с помощью магнетизма и электромагнетизма ». Его модель двигателя сейчас выставлена в Смитсоновском институте в Вашингтоне, округ Колумбия. В запатентованной конструкцииDavenport используются четыре вращающихся электромагнита, которые переключаются с помощью коммутатора, и постоянные постоянные магниты в форме кольца, сделанные из мягкого железа. Усовершенствованный двигатель, который он представляет в августе 1837 года, имеет диаметр 6 дюймов, вращается со скоростью около 1000 оборотов в минуту и может поднять 200-фунтовый груз на один фут за одну минуту. Это соответствует мощности 4,5 Вт. Давенпорт в последующие годы постоянно совершенствовал свои конструкции. Вместе с Эдвином Уильямсом из Нью-Йорка и его партнером Рэнсомом Куком Давенпорт 3 марта 1837 года формирует объединенную акционерную ассоциацию. Однако Уильямс не может продать достаточное количество акций, и все предприятие рушится всего через год. . | Запатентованный двигатель Давенпорта, февраль 1837 г. |
Томас Дэвенпорт — Изобретатель электродвигателя?
Есть несколько текстов пафоса в американо-американской литературе, в которых Томас Дэвенпорт прославляется как изобретатель электродвигателя.Это утверждение основано на бесспорном факте, что Давенпорт был первым американцем, который создал пригодный для использования электродвигатель, а также первым, кто получил патент на такое устройство в начале 1837 года.
ОднакоDavenport был далеко не первым, кто построил электродвигатель. В Европе (особенно в Англии, Италии и Пруссии) технологии были уже значительно продвинуты. Уже летом 1834 года, за три года до патента, Мориц Якоби представил двигатель, который был в три раза мощнее усовершенствованной машины, которую Давенпорт разработал через несколько месяцев после подачи заявки на патент.Вдобавок мотор Давенпорта работал быстрее, чем у Якоби. Таким образом, выходной крутящий момент двигателя Давенпорта, решающий фактор при сравнении электрических машин, составлял лишь около одной десятой от конструкции Якоби, разработанной тремя годами ранее.
В 1835 году, вскоре после появления двигателя Якоби, двое голландцев Стрейтинг и Беккер уже представили первое практическое применение, управляя небольшой электромобилем.
За годы, прошедшие после патента Давенпорта, продвижение Якоби практически не уменьшилось.В то же время, когда Якоби продемонстрировал свою следующую машину осенью 1838 года, двигатель, который имел выходную мощность 300 Вт и мог вести лодку с 14 людьми через широкую реку, Давенпорт показал крошечную модель поезда.
МоторДавенпорта не примечателен в историческом контексте. Его конструкция не является существенным улучшением других современных конструкций.
За прошедшие годы компания Davenport произвела большое количество машин.Но в отличие от Вернера Сименса, Джорджа Вестингауза и Томаса Эдисона он не был основателем важной компании. И в отличие от Николы Теслы, например, Томас Давенпорт никогда не мог продать или лицензировать свой патент.
Давенпорт не получил патент на электродвигатель как таковой, а только на его особые конструктивные особенности. В период с 1837 по 1866 год только в Англии другим изобретателям было выдано около 100 патентов на электродвигатели. После того, как Давенпорт модернизировал свой двигатель уже в 1837 году, его патент стал практически бесполезным.
Davenport — это честь быть первым из тысяч инженеров, получивших патент на электродвигатель. Но он не является их изобретателем, и его разработки не оказали сколько-нибудь значительного влияния на дальнейшее развитие электродвигателей.
Расписание 1838 — 1854: более мощные двигатели, новые применения
| февр. 1838 | Уоткинс публикует обширную статью в Philosophical Magazine , где он представляет свой двигатель. | Двигатель Уоткина, февраль 1838 г. Philosophical Magazine, 1838, vol. 12, пл. 4 |
| Август 1838 г. | В августе 1838 года в Лондоне выставлена крошечная модель поезда с одним из двигателей Davenport . Он движется со скоростью 3 мили в час. | Модель поезда Давенпорта, 1838 Фото любезно предоставлено Отделом труда и промышленности Национального музея американской истории Смитсоновского института. |
| сен. 1838 | Якоби переезжает в Санкт-Петербург в августе 1838 года по просьбе русского царя. Он был принят в Петербургскую Академию наук и щедро поддержан царем в его дальнейшей работе над электродвигателями. 13 сентября 1838 года Якоби впервые демонстрирует на Неве лодку с электрическим приводом и гребными колесами длиной около 8 м. Цинковые батареи имеют 320 пар пластин и весят 200 кг.Они размещены вдоль двух боковых стенок сосуда. Мотор развивает мощность от 1/5 до 1/4 л.с. (300 Вт), лодка движется со скоростью 2,5 км / ч по маршруту длиной 7,5 км. Он может перевозить более десятка пассажиров. Якоби целыми днями разъезжает по Неве. В современных газетных статьях говорится, что после двух-трех месяцев работы потребление цинка составило 24 фунта. | Усовершенствованный мотор Якоби, 1838 |
| 1838 | Чарльз Г. Page (американец) начинает всю жизнь заниматься электромоторами. В течение следующих 20 лет Пейдж будет искать более совершенные и мощные машины. Его двигатели продавались по каталогам в США и достигли высокого уровня осведомленности общественности. В первые годы многие изобретатели электродвигателей имитировали паровые двигатели с качающимся (возвратно-поступательным) поршнем. Пейдж тоже строит такую машину (см. Справа), но затем обращается к вращающимся устройствам. | Первый двигатель Пейджа, 1838 Американский журнал науки , 1838, т. 35, стр. 264 |
| август 1839 | 8 августа Якоби испытывает усовершенствованный электродвигатель, механические характеристики которого в три-четыре раза превышают механические характеристики его второй машины 1838 года (около 1 кВт).Его лодка сейчас развивает скорость 4 км / ч. По словам Уильяма Роберта Гроува, ключевым фактором его успеха является улучшенная цинк-платиновая батарея, которую он сделал сам. В октябре 1841 года Якоби снова демонстрирует усовершенствованный двигатель, который, однако, лишь немного превосходит модель 1839 года. Это последний электродвигатель, построенный Якоби. Теперь он обращается к теории электродвигателей, а затем переходит к другим электрическим явлениям. |
| 1837- 1842 | Роберт Дэвидсон (Шотландия) также занимается разработкой электродвигателей с 1837 года.Сделал несколько приводов для токарного станка и модельных машин. В 1839 году Дэвидсон руководит постройкой первого автомобиля с электрическим приводом. В сентябре 1842 года он совершает пробные пробеги с 5-тонным локомотивом длиной 4,8 м на железнодорожной линии Эдинбург — Глазго. Его двигатель развивает около 1 л.с. (0,74 кВт) и развивает скорость 4 мили в час (6,4 км / ч). | Первый электровоз Дэвидсона, 1839 год От Т.du Moncel, Электричество как движущая сила , Лондон, 1883 г., рис. 32 |
В последующие годы начинается поток патентов на электромагнитные машины — около 100 в одной только Англии с 1837 по 1866 год.
Среди изобретателей, имеющих дело с электродвигателями: Джеймс Джоул (англ., 1838 г.), Уильям Тейлор (англ., 1838 г.), Урайа Кларк (1840 г.), Томас Райт (1840 г.), Уитстон (англ., 1841 г.) , де Гарлем (около 1841 г.), П.Элиас (американец, ок. 1842 г.), Дж. Фромент (франц., Ок. 1844 г.), Мозес Г. Фармер (американец, ок. 1846 г.), Г. К. Колтон (американец, род. 1847 г.), Хьорт (ок. 1849 г.), Томас Холл (американец в США, около 1850 г.), Т. К. Эйвери (около 1851 г.), Сорен Хьорт (датчанин, около 1851 г.), Дю Монсель (француз, около 1851 г.), Мари Дэви (француз, около 1855 г.), Пачинотти (Италия, около 1855 г.) 1861)
и другие.
Изначально идет соревнование между колебательными (возвратно-поступательными) и вращательными машинами. Позже колебательные машины полностью исчезают из поля зрения.
Основная проблема первых электродвигателей заключалась в том, что электрический ток от гальванических элементов (цинковых батарей) был слишком дорогим, чтобы конкурировать с паровыми двигателями. Р. Хант сообщил в 1850 году в журнале British Philosophical Magazine , что электроэнергия даже в самых лучших условиях в 25 раз дороже, чем паровая машина. Только с продолжающейся разработкой электрогенератора (динамо-машины) ситуация начинает меняться.
| 1840 | 18 января 1840 года выходит первое издание новой газеты Давенпорта, Electro Magnet and Mechanics Intelligencer . Печатный станок приводится в движение двумя собственными моторами. Моторы выдают якобы около 2 л.с., что составляет около 1,5 кВт. |
| 1841- 1844 | По инициативе Вагнера, Германская Конфедерация под руководством Пруссии, Баварии и Австрии устанавливает в 1841 году приз в размере 100000 гульденов за создание электрической машины, мощность которой дешевле, чем мощность лошади, пара или человека. власть. Конечно, эта цена привлекает других изобретателей, которые параллельно с Вагнером начинают работать над электродвигателем. Среди них господин Карл Людвиг Althans из Бюкебурга недалеко от Миндена, Эмиль Stöhrer из Лейпцига, Эмиль Groos из Карлсруэ и Петер Bauer из Нюрнберга. В частности, в 1843 году Штёрер конструирует замечательную машину. При исследовании последней машины Вагнера в мае и июне 1844 г. во Франкфурте-на-Майне федеральная комиссия определила мощность всего в 50 Вт.Потребление цинка настолько велико, что лошадь, пар и рабочая сила значительно дешевле. Из-за этой неудачи Вагнеру отказывают в цене, и он впадает в немилость. Без мощного электрогенератора это соревнование невозможно было бы выиграть, и человечеству пришлось ждать еще 25 лет. |
| 1851 | Page увеличивает мощность двигателей с 8 до 20 л.с. С двумя двигателями он ведет 10-тонный локомотив с максимальной скоростью 30 км / ч. Он путешествует по маршруту из Вашингтона в Бладенбург за 19 минут. |
| 1854 | Другой, 12-тонный локомотив Пейджа едет по маршруту Балтимор — Огайо. |
Что такое мотор? | Сервоприводы и контроллеры машин | Продукты и решения
Что такое мотор?
Словарь описывает: «Двигатель — это машина, которая преобразует электрическую энергию в механическую.Другими словами, электрическая энергия — это «батарея», а механическая энергия — это «вращение». Для физического объяснения мотора хорошо подходит хорошо известное «правило левой руки Флеминга». Когда электрический ток течет по электрическому проводу, помещенному между двумя магнитами, обращенными друг к другу, он создает силу. Электрический ток, магнитное поле и движение соответственно применяются в перпендикулярных направлениях друг к другу, как когда вы разводите средний палец (электрический ток), указательный палец (магнитное поле) и большой палец (сила) левой руки соответственно к взаимно ортогональным осям.
Тогда почему электрический ток, протекающий по электрическому проводу, создает силу? Это связано с тем, что, когда электрический ток течет по электрическому проводу, вокруг него создается магнитное поле. Магнитное поле притягивает или отталкивает магнитное поле от магнитов, которые создают силу для перемещения электрического провода. Электрическая энергия здесь — это «электрический ток», а механическая энергия — это «сила».
Начало моторов
В 1831 году британский физик Майкл Фарадей открыл закон электромагнитной индукции, согласно которому электрический ток течет при перемещении магнитов в катушке с воздушным сердечником.Закон электромагнитной индукции доказал, что электрическая энергия и механическая энергия взаимно преобразованы. Говорят, что это катализатор изобретения двигателей. В те дни Великобритания переживала период первой промышленной революции, и паровая энергия была движущей силой революции. Никто не мог признать важность двигателей, которые работали с электричеством в те дни без электросети.
На пути к практическим моторам
Никола Тесла
С момента открытия Фарадеем электромагнитной индукции люди изобрели ряд двигателей.В 1834 году Томас Давенпорт изобрел практический двигатель постоянного тока. После этого югославскому инженеру-электрику, позже ставшему американцем Никола Тесла, пришла в голову идея управлять двигателями переменным током. В 1882 году идея принципа вращающегося магнитного поля внезапно поразила его голову, когда он гулял в парке. В 1887 году он закончил практический двухфазный двигатель переменного тока (асинхронный двигатель), использующий вращающееся магнитное поле. С тех пор были разработаны технологии переменного тока, такие как трансформатор, трехфазная трехпроводная система, а также электросети.Чем доступнее становилось электричество, тем шире использовались двигатели.
Благодаря прорыву Tesla теперь мы можем наслаждаться жизнью, используя электричество и двигатели. Кстати, когда-то Тесла работал в компании, которой руководил великий изобретатель Эдисон, он вступил в конфликт с Эдисоном и покинул компанию в течение одного года. Тесла оставил слова, цинично искажающие слова Эдисона: «Гений — это 1 процент вдохновения и 99 процентов напрасных усилий».
Отечественное производство моторов и выезд Yaskawa Electric
Первый заказ размещен асинхронный двигатель
Говорят, что первый двигатель, использованный в Японии, был для лифта (вмещал 15-20 человек, работал до 8 этажа) в Ryōunkaku, первом небоскребе в западном стиле в Японии, открытом в 1890 году в районе Асакуса, Токио. .Не говоря уже о том, что такой технологии для разработки и производства двигателей в Японии не было, в лифте использовался 15-сильный двигатель (двигатель постоянного тока), купленный в Америке. Хотя утверждается, что лифт прекратил работу в течение 1 года из-за частых поломок, это стало эпизодом, продемонстрировавшим стремление людей к моторизации.
В 1890-х годах в Японии начали использовать импортные двигатели, например, для насосов в шахтах. Поскольку уровень промышленных технологий в Японии в то время был значительно ниже, чем в Европе и Америке, большинство электрических устройств было импортным.Однако говорят, что они часто выходили из строя. Итак, двигатели отечественного производства постепенно набирали обороты.
В 1895 году был выпущен первый двигатель (асинхронный двигатель), произведенный в Японии. Затем, в 1915 году, Yaskawa Electric была основана как компания, которая производила и продавала электрические продукты, произведенные исключительно в Японии, и в 1917 году запустила первый заказ на асинхронные двигатели. С этого момента операторы угольных шахт начали размещать заказы на двигатели Yaskawa для их насосы и тягачи.
Двигатели различных типов и особенности
Через 180 лет после появления двигателей его характеристики и удобство использования значительно улучшились благодаря прогрессу в разработке и производстве технологий и материалов, а также электроники. Существуют различные способы вызова двигателей в зависимости от категоризации функций и структур, таких как серводвигатель для его точной работы по командам, линейный двигатель для его линейного движения, вибрационный двигатель для его вибрации для уведомления о входящем вызове на мобильный телефон и мотор-редуктор для комбинированного редуктора.У двигателей также есть несколько названий, хотя их конструкция одинакова. Начиная с двигателя для угольной шахты, теперь, когда двигатели Yaskawa Electric находят применение в самых разных областях, таких как промышленное оборудование, роботы и электромобили (EV). Например, в приведенном ниже списке показаны несколько названий, используемых в двигателях для электромобилей. Люди назвали моторы, чтобы обозначить отличия от других, в результате осталось много названий для моторов. Это такой сложный фон, но вместе с тем «доказательство диверсификации автомобильной промышленности».”
Категоризация двигателей
Двигатели постоянного тока пропускают через него постоянный ток (DC), а двигатели переменного тока пропускают через него переменный ток. Бесщеточный электродвигатель постоянного тока — это электродвигатель постоянного тока, в котором вместо щетки и коммутатора используется полупроводниковый переключающий элемент. Универсальный двигатель может вращать двигатель на высокой скорости с помощью электричества 100 В переменного тока для домашних хозяйств, удерживая ту же щетку и коммутатор для двигателей постоянного тока. Помимо этого, есть шаговый двигатель, который движется с прямоугольным потоком тока, и реактивный двигатель с переключаемым сопротивлением.Ультразвуковой двигатель — это специальный двигатель, который работает путем вибрации пьезоэлектрической керамики при приложении высокочастотного напряжения.
1) Двигатели постоянного тока
Двигатель, который многие японские ученики использовали в своих научных экспериментах в начальной школе, был электродвигателем постоянного тока. Это самый популярный двигатель, используемый в моделях бытовой электроники и вибрационных двигателях в мобильных телефонах. Чтобы примерно объяснить устройство двигателей, в нем есть ротор и статор.Ротор — это часть, соединенная с валом, а статор — это неподвижная часть, которая составляет внешнюю часть.
Статор в двигателях постоянного тока удерживает постоянные магниты и щетки, которые подают электрический ток на ротор, а ротор удерживает обмотки и коммутатор. Как только щетки подают постоянный ток на коммутатор, электрический ток начинает течь через обмотки, подключенные к коммутатору, и создает крутящий момент. Здесь обмотки и коммутатор имеют механизм протекания электрического тока таким образом, что крутящий момент остается на одном уровне.Самая большая особенность двигателя постоянного тока — его удобство использования с сухими элементами. Вы можете изменить направление вращения, просто изменив подключение проводов двигателя. Вот почему двигатели постоянного тока получили широкое распространение.
2) Бесщеточные двигатели постоянного тока
Бесщеточный двигатель постоянного тока можно охарактеризовать как «двигатель без щеток, обладающий характеристиками, аналогичными двигателю постоянного тока». Он содержит обмотки статора и постоянные магниты в роторе в качестве своей структуры. В нем нет щеток и коммутатора, которые раньше были в двигателях постоянного тока, вместо этого он удерживает полупроводниковый переключающий элемент вне двигателя.Он работает, чтобы постоянно пропускать постоянный ток через две из трех фаз обмоток, фазы U, V и W. Он переключает поток тока в соответствии с положением постоянных магнитов, обнаруживаемым, например, датчиком элемента Холла, и продолжает генерировать то же самое. уровень крутящего момента.
3) Синхронные двигатели
С другой стороны, синхронный двигатель работает синусоидально, используя информацию, обнаруженную датчиком угла поворота, прикрепленным к краю ротора. Синхронный двигатель назван в честь механизма, в котором вращение магнитного поля, создаваемого трехфазными обмотками, синхронизируется с вращением ротора.Конструкция синхронных двигателей в основном такая же, как и у бесщеточных двигателей постоянного тока. Поэтому люди часто принимают синхронные двигатели за бесщеточные двигатели постоянного тока и наоборот.
Одной из особенностей синхронных двигателей и бесщеточных двигателей постоянного тока является то, что они способны предотвращать износ щеток и электрические шумы. Они также могут уменьшаться в размерах, иметь высокую производительность и высокую эффективность за счет использования сильных редкоземельных магнитов. Благодаря этим характеристикам, существует широкий спектр применения, например, в информационных устройствах, бытовой электронике, автомобильных двигателях и серводвигателях.Говорят, что на двигатели постоянного тока приходится 70%, а общее количество бесщеточных двигателей постоянного тока и синхронных двигателей составляет 20% от общего количества произведенных малогабаритных двигателей.
4) Асинхронные двигатели
Принцип вращения асинхронных двигателей основан на «вращениях Араго», открытых французским физиком Араго. Это явление заключается в том, что когда вы помещаете алюминиевый диск между U-образным магнитом и перемещаете магнит в направлении вращения, алюминиевый диск начинает вращаться в том же направлении с небольшой задержкой по времени.Когда магнитное поле U-образного магнита изменяется на алюминиевом диске, спиральный электрический ток течет через алюминиевый диск (закон электромагнитной индукции), и действие тока и магнитного поля U-образного магнита генерирует электромагнитную силу. Асинхронные двигатели — это изобретение, применяемое во вращении Араго.
Статор асинхронных двигателей имеет в своем составе трехфазные обмотки. А на роторе находится алюминиевая деталь в виде клетки (корпусный проводник).Когда вы управляете трехфазными обмотками синусоидальной волной, она генерирует магнитное поле, которое вращается с определенной частотой. Затем, как и в принципе вращения Араго, электрический ток течет через проводник с короткозамкнутым ротором, который воспринимает изменения магнитного поля, и ротор начинает вращаться с небольшой задержкой по времени.
Асинхронные двигателименее эффективны по сравнению с бесщеточными двигателями постоянного тока и синхронными двигателями, в которых используются постоянные магниты, однако у них есть другие особенности, например, они применимы к коммерческому трехфазному источнику питания переменного тока 200 В, с возможностью вращения без датчика Холла или датчик угла поворота, который трудно сломать, может эффективно работать с приводом переменного тока и обеспечивать большую мощность при использовании крупногабаритного двигателя.Таким образом, существует множество вариантов использования асинхронных двигателей в промышленной сфере и транспортных средствах. Подобно биоразнообразию, у нас есть множество двигателей, которые имеют широкий диапазон природы в зависимости от различия структур и распределения материалов.
Электродвигатель — Технический центр Эдисона
В электродвигатель был впервые разработан в 1830-х годах, через 30 лет после первая батарея. Интересно, что мотор был разработан до появления первых динамо-машина или генератор.| Вверху: Первый мотор Davenport | 1.) История и изобретатели:1834 — Томас Дэвенпорт из Вермонта разработал первый настоящий электродвигатель («настоящее» значение достаточно мощный, чтобы выполнить задачу) хотя Джозеф Генри и Майкл Фарадей создал ранние устройства движения с использованием электромагнитных полей.Ранние «моторы» создавали вращающиеся диски или рычаги, которые качался взад и вперед. Эти устройства не могли сделать никакой работы для человечества. но были важны для того, чтобы проложить путь к лучшим двигателям в будущем. Различные двигатели Давенпорта были возможность запускать модельную тележку по круговой трассе и другие задачи. Позже тележка оказалась первым важным приложением. электроэнергии (это была не лампочка).Рудиментарный полноразмерные электрические тележки были наконец построены через 30 лет после смерти Давенпорта в 1850-х годах. Влияние электромотора на мир раньше лампочек: Только в 1873 году электродвигатель наконец добился коммерческого успеха. С 1830-х годов тысячи инженеров-новаторов улучшили двигатели и создали много вариаций. См. Другие страницы для получения более подробной информации об огромной истории электродвигателя. |
После слабые электродвигатели были разработаны Фарадеем и Генри, другой пионер Ипполит Пиксий выяснил это, запустив двигаясь задом наперед, он мог создавать импульсы электричества.К 1860-м годам разрабатывались мощные генераторы. Электротехническая промышленность не могла начаться, пока генераторы были разработаны, потому что батареи не были экономичным способом получения энергии потребности общества. Подробнее о генераторах и динамо здесь>
2.) Как работают моторыЭлектродвигатели могут работать от переменного (AC) или постоянного (DC) тока.Двигатели постоянного тока были разработаны первыми и имеют определенные преимущества и недостатки. Каждый тип мотора работает по-разному, но все они используют силу электромагнитного поля. Мы поговорим об основных принципах электромагнитных полей. в двигателях, прежде чем вы сможете перейти к различным типам двигателей. переменного тока электродвигатели используют вторичную и первичную обмотку (магнит), первичную подключен к сети переменного тока (или непосредственно к генератору) и находится под напряжением.Вторичный получает энергию от первичной обмотки, не касаясь ее напрямую. Это делается с помощью сложные явления, известные как индукция. Справа: инженер работает над кастомными модификациями дрона-октокоптера. Восемь крошечных DC двигатели создают достаточно мощности, чтобы поднять килограммы полезной нагрузки. Более новые конструкции двигателей, подобные этому, используют редкоземельные металлы в статоре для создания более сильных магнитных полей в небольших и легких пакеты. |
| Вверху: универсальный двигатель, обычно используемый в большинстве электроинструментов. Имеет тяжелый плотный ротор. | Вверху: асинхронный двигатель может иметь «беличью клетку» или полый вращающийся катушка или тяжелый якорь. |
2.a) Детали электродвигателя:
Есть много видов электродвигателей, но в целом они имеют похожие детали. Каждый мотор имеет статор , который может быть постоянным магнитом (как показано выше в «универсальном двигателе») или намотанными изолированными проводами. (электромагнит, как на фото вверху справа). Ротор находится посередине (большую часть времени) и подлежит к магнитному полю создается статором.Ротор вращается, поскольку его полюса притягиваются и отталкиваются полюсами статора. Смотрите наши видео ниже, показывающее, как это работает. В этом видео рассматривается бесщеточный двигатель постоянного тока, ротор которого находится снаружи, в других двигателях. тот же принцип обратный, с электромагнитами снаружи. Видео (1 минута):
Мощность мотора:
Сила двигателя (крутящий момент) определяется напряжением и
длина провода электромагнита в статоре,
чем длиннее провод (что означает больше катушек в статоре), тем сильнее магнитное поле.Это означает больше мощности для
повернуть ротор. Смотрите наше видео, которое относится как к генераторам, так и к двигателям.
Узнать больше.
Якорь — вращающаяся часть двигателя — это раньше называлось ротором, это поддерживает вращающиеся медные катушки. На фото ниже вы не видите катушки, потому что они плотно заправлены в якорь. Гладкий корпус защищает катушки от повреждений.
Статор — Корпус и катушки, составляющие внешнюю часть двигателя. В статор создает стационарное магнитное поле.
Выше: В этом статоре отчетливо видны четыре отдельные катушки (якорь был удалено)
Обмотка или «Катушка» — медные провода, намотанные на сердечник для создания или получить электромагнитную энергию.
Провода, используемые в обмотки ДОЛЖНЫ быть изолированы. На некоторых фото вы увидите, что выглядит как обмотки из голого медного провода, это не так, это просто эмалированная с прозрачным покрытием.
Медь это самый распространенный материал для обмоток. Алюминий также используется но должен быть толще, чтобы нести такую же электрическую безопасно загружать.Медные обмотки позволяют использовать двигатель меньшего размера. Подробнее о меди>
Перегорание мотора, поиск неисправностей:
Если двигатель работает слишком долго или с чрезмерной
нагрузки, он может «сгореть». Это означает, что высокая температура вызвала
изоляция обмотки может сломаться или оплавиться, а затем обмотки закорочены
когда они касаются друг друга, и двигатель выходит из строя. Вы также можете сжечь двигатель, подав на него большее напряжение, чем
обмоточные провода рассчитаны на.В этом случае проволока расплавится в самом слабом месте, разорвав соединение. Вы можете
проверьте двигатель, чтобы увидеть, не перегорел ли он таким образом, проверив сопротивление (сопротивление) с помощью мультиметра.
Как правило, при проверке двигателя вы должны искать черные метки на обмотках.
Squirrel Cage — вторая катушка в асинхронном двигателе, см. Ниже
чтобы увидеть, как это работает
Индукция — генерация электродвижущей силы в замкнутом
цепь изменяющимся магнитным потоком через цепь.В сети переменного тока
уровень мощности повышается и понижается, это заряжает обмотку на
момент создания магнитного поля. Когда мощность падает в цикле
магнитное поле не может поддерживаться, и оно схлопывается. Это действие
передает мощность через магнетизм на другую обмотку или катушку. УЧИТЬСЯ
БОЛЬШЕ об индукции здесь.
3.) Типы электродвигателей переменного тока
|
3.а) Индукция
Двигатель
3.b) Универсальный двигатель (можно использовать постоянный или переменный ток)
3.c) Синхронные двигатели
3.d) Двигатели с экранированными полюсами
См. Нашу страницу, посвященную асинхронным двигателям, здесь>
Это мощный двигатель, который можно использовать с мощность переменного и постоянного тока.
Преимущества :
-Высокий пусковой крутящий момент и небольшой размер (хорошо для обычного использования в
бытовые электроинструменты)
-Может работать на высоких скоростях (отлично подходит для стиральных машин и электродрелей)
Недостатки:
— Щетки со временем изнашиваются
Использует: приборы, ручной электроинструмент
Посмотреть видео ниже:
|
Этот мотор аналогичен асинхронному двигателю, за исключением того, что он движется с частотой сети.
Мотор Селсин был разработан в 1925 году и сейчас известен как Synchro. Узнать больше о их здесь.
Преимущества: Обеспечивает постоянную скорость, которая определяется
количество полюсов и частота подаваемого переменного тока.
Недостатки: Не может работать с переменным крутящим моментом, этот двигатель будет
остановиться или «вытащить» с заданным крутящим моментом.
Использует: часы использует синхронные двигатели для обеспечения точной скорости вращения
Руки. Это аналог двигателя , и хотя скорость точная,
шаговый двигатель лучше подходит для работы с компьютерами, так как он
функционирует на жестких «ступенях» разворота.
|
Преимущества: достигает высокого уровня крутящего момента, когда ротор
начал быстро вращаться.
Используется в вентиляторах, бытовой технике
Недостатки: медленный запуск, низкий крутящий момент для запуска. Используется в вентиляторах,
обратите внимание на медленный старт фанатов.
Этот двигатель также используется в стоках стиральных машин, открывателях консервных банок и
прочая бытовая техника.
Другие типы двигателей лучше подходят для более мощных нужд выше 125
Вт.
Посмотреть видео ниже:
4.) Двигатели постоянного тока (DC):
Двигатели постоянного тока были первым видом электродвигателей. Обычно они составляют 75-80% эффективный. Они хорошо работают на регулируемых скоростях и обладают большим крутящим моментом.
4.a) Общая информация
4.b) Щеточные двигатели постоянного тока
4.b.1) Двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой
4.b.2) Двигатель постоянного тока с последовательной обмоткой
4.b.3) Двигатели-блины
4.b.4) Двигатель постоянного тока с постоянным магнитом
4.b.5) С раздельным возбуждением (Sepex)
4.c) Бесщеточные двигатели постоянного тока
4.c.1) Шаговый двигатель
4.c.2) Двигатели постоянного тока без сердечника / без сердечника
Матовый
Двигатели постоянного тока:
Первый DC двигатели использовали щетки для передачи тока на другую сторону двигателя. Кисть названа так потому, что сначала имела форму метлы.Маленькие металлические волокна терлись о вращающуюся часть двигателя. поддерживать постоянный контакт. Проблема с кистями в том, что они изнашиваются. со временем из-за механики. Кисти будут создавать искры из-за трения. Парки часто плавили изоляцию и становились причиной коротких замыканий. в арматуре и даже переплавил коммутатор.
Первые моторы использовались на уличных железных дорогах.
Использует сплит
кольцевой коммутатор со щетками.
Преимущества:
-Используется во множестве приложений, имеет простой контроль скорости с помощью уровня
напряжения для управления.
-Имеет высокий пусковой момент (мощный пуск)
Ограничения: щетки создают трение и искры, это может привести к перегреву
устройство и плавить / сжигать щетки, поэтому максимальная скорость вращения
ограничено. Искры также вызывают радиочастоты. вмешательство. (RFI)
Есть
пять типов двигателей постоянного тока с щетками:
Двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой
Двигатель с обмоткой серии постоянного тока
Составной двигатель постоянного тока — комбинированный и дифференциально смешанный
Двигатель постоянного тока с постоянным магнитом
Двигатель с раздельным возбуждением
Двигатель-блинчик
Бесщеточный Двигатели постоянного тока:
Щетка
заменен внешним электрическим выключателем, который синхронизируется с
положение двигателя (он изменит полярность по мере необходимости, чтобы сохранить
вал двигателя вращается в одном направлении)
-Более эффективен, чем щеточные двигатели
-Используется, когда управление скоростью должно быть точным (например, в дисководах
машины, электромобили и т. д.)
-Долгий срок службы, так как работает при более низкой температуре и нет щеток
изнашиваться.
Типы
бесщеточные двигатели постоянного тока:
Шаговый двигатель
Двигатели постоянного тока без сердечника / без сердечника
4.b) ЩЕТОЧНЫЙ ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА:
4.b.1) DC Электродвигатель с параллельной обмоткой
Шунт постоянного тока Электродвигатель подключен так, что катушка возбуждения подключена параллельно с арматура.Обе обмотки получают одинаковое напряжение. Катушка шунтирующего поля намотан множеством витков тонкой проволоки для создания высокого сопротивления. Этот гарантирует, что катушка возбуждения будет потреблять меньше тока, чем якорь (ротор).
Арматура (как видно выше, это длинная толстая цилиндрическая вращающаяся часть) имеет толстую медные провода, чтобы через них проходил большой ток, завести мотор.
Как арматура витков (см. фото ниже) ток ограничен противоэлектродвижущим сила.
Сила катушки шунтирующего поля определяет скорость и крутящий момент двигателя.
Преимущества: Шунтирующий двигатель постоянного тока регулирует свою скорость. Это означает, что если загрузка При добавлении якоря замедляется, КЭДС уменьшается, в результате чего якорь ток увеличивается. Это приводит к увеличению крутящего момента, что помогает переместить тяжелый груз. При снятии нагрузки якорь ускоряется, CEMF увеличивается, что ограничивает ток, а крутящий момент уменьшается.
Конвейер Пример ленты : Представьте, что конвейерная лента движется с заданной скоростью, затем в пояс входит тяжелая коробка. Этот тип двигателя будет поддерживать движение ремня. с постоянной скоростью независимо от того, сколько коробок движется по ленте.
Посмотреть видео ниже, демонстрирующее действие параллельного двигателя постоянного тока !:
4.б.2) DC двигатель с последовательным заводом
Двигатель с серийной обмоткой — это двигатель постоянного тока с самовозбуждением. Обмотка возбуждения подключена внутри последовательно с обмоткой ротора. Таким образом обнажается обмотка возбуждения в статоре. до полного тока, создаваемого обмоткой ротора.
Этот тип двигателя похож на двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой, за исключением того, что обмотки возбуждения сделаны из более тяжелого провода, поэтому они могут выдерживать более высокие токи.
Применение: Этот тип двигателя используется в промышленности в качестве пускового двигателя из-за большого крутящего момента.
Подробнее о двигателе с последовательным заводом:
Артикул 1
Статья 2
4.b.3) Блин Двигатель постоянного тока (также известный как двигатель с печатным якорем)
Блин мотор — мотор без железа.Большинство двигателей имеют медную обмотку. железный сердечник.
Видео с демонстрацией примеры мотора-блинчика:
Преимущества:
Точное регулирование скорости, плоский профиль, не имеет зубцов, которые возникают
утюгом в электромагните
Недостатки:
плоская форма не подходит для всех приложений
Имеет обмотку в форме плоского эпоксидного диска между двумя магнитами с сильным магнитным потоком.Это полностью без железа, что делает большую эффективность. Используется в сервоприводах, был первым спроектирован как электродвигатели стеклоочистителя и видеоиндустрии, так как он был очень плоским в профиль и имел хороший контроль скорости. Компьютеры и видео / аудио запись всей использованной магнитной ленты, точный и быстрый контроль скорости был нужен, поэтому для этого был разработан мотор-блин. Сегодня это используется во множестве других приложений, включая робототехнику и сервосистемы.
4.b.4) Составной двигатель постоянного тока (накопительный и дифференциально-составной)
Это еще один самовозбуждающийся двигатель с последовательными и шунтирующими катушками возбуждения. Он имеет эффективное регулирование скорости и приличный пусковой крутящий момент.
Узнайте больше об этом типе двигателя здесь.
4.b.5) Двигатель постоянного тока с постоянным магнитом
Этот тип двигателя хорошо работает на высоких оборотах и может быть очень компактным.
Область применения: компрессоры, другое промышленное применение.
Узнайте больше об этом типе двигателя здесь.
4.б.6) Отдельно возбужден (сепекс)
SepEx имеет обмотку возбуждения, которая питается отдельно от якоря с прямым текущий сигнал. Полевой магнит также имеет собственный источник постоянного тока. В результате вы увидите это Тип двигателя имеет четыре провода — 2 для возбуждения и 2 для якоря.
Этот электродвигатель представляет собой щеточный электродвигатель постоянного тока. который имеет более широкие кривые крутящего момента, чем двигатель постоянного тока с последовательной обмоткой.
Узнайте больше об этом типе двигателя здесь.
4.c) Бесщеточные двигатели постоянного тока:
4.c.1) Шаговый Двигатель
Степпер мотор — тип бесщеточного мотора, который перемещает центральный вал один часть хода за раз.Это делается с помощью зубчатых электромагнитов. вокруг куска железа в форме централизованной шестерни. Есть много видов шаговых двигателей. Они используются в системах, которые перемещают объекты с высокой точностью. положение, как сканер , дисковод и промышленная лазерная резьба устройства .
Посмотреть видео шагового двигателя в действии ниже:
4.в.2) Без сердечника / Двигатели постоянного тока без железа
Медь намотанная
или алюминиевый сердечник вращается вокруг магнита без использования железа. Этот
делается путем придания цилиндрической формы.
Преимущество: легкий и быстрый запуск вращения (используется в компьютере
жестких дисков)
Недостаток: легко перегревается, так как железо обычно работает как
радиатор, для охлаждения необходим вентилятор.
Узнайте больше об этом типе двигателя здесь.
Источники:
Документы Джозефа Генри — Смитсоновский институт
Denver Electric Motor Company
Стив Нормандин
Википедия
Томас Дэвенпорт — доктор Фрэнк Уикс мл.
DIY Электромобиль
Связанные темы:
Электромагнитный ротационный аппарат Майкла Фарадея (двигатель)
Этот простой на вид объект был создан Майклом Фарадеем в 1822 году.Его простота маскирует его истинное значение как первого из сохранившихся электродвигателей.
В 1820 году Ганс Кристиан Эрстед объявил о своем открытии, согласно которому электрический ток, протекающий по проводу, создает вокруг него магнитное поле. Андре-Мари Ампер продолжил и показал, что магнитная сила, по-видимому, была круговой, создавая, по сути, цилиндр магнетизма вокруг провода. Такой круговой силы раньше не наблюдалось.
Британский ученый-самоучка Майкл Фарадей (1791–1867) первым понял, что означают эти открытия.Если магнитный полюс можно изолировать, он должен постоянно перемещаться по кругу вокруг токоведущего провода.
В 1821 году Фарадей попытался понять работу Эрстеда и Ампера, разработав свой собственный эксперимент с использованием небольшой ртутной ванны. Это устройство, преобразовывающее электрическую энергию в механическую, было первым электродвигателем.
Этот аппарат — единственный сохранившийся оригинальный образец, сделанный Фарадеем на следующий год после его открытия в 1822 году.
Двигатель оснащен жестким проводом, который свешивается в стеклянный сосуд, на дне которого закреплен стержневой магнит.Тогда стеклянный сосуд будет частично заполнен ртутью (металлом, который является жидким при комнатной температуре и является отличным проводником). Фарадей подключил свой аппарат к батарее, которая пропускала электричество по проводу, создавая вокруг него магнитное поле. Это поле взаимодействовало с полем вокруг магнита и заставляло проволоку вращаться по часовой стрелке.
Это открытие привело Фарадея к размышлениям о природе электричества. В отличие от своих современников, он не был убежден, что электричество — это материальный флюид, который течет по проводам, как вода по трубе.Вместо этого он думал об этом как о вибрации или силе, которые каким-то образом передаются в результате напряжений, созданных в проводнике.
Как работает двигатель электромобиля — Easy Electric Life
Что такое электродвигатель?
Двигатель электромобиля работает с использованием физического процесса, разработанного в конце 19 века. Он заключается в использовании тока для создания магнитного поля в неподвижной части машины («статоре»), смещение которого приводит в движение вращающуюся часть («ротор»).Мы более подробно рассмотрим эти две части и многое другое ниже.
Принцип электродвигателя
В чем разница между двигателем и двигателем? Эти два слова часто используются как синонимы. Поэтому важно с самого начала различать их. Несмотря на то, что в настоящее время термин «двигатель» используется как почти синоним, в автомобильной промышленности термин «двигатель» относится к машине, которая преобразует энергию в механическую энергию (и, следовательно, в движение), в то время как «двигатель» делает то же самое, но специально использует тепловую энергию. энергия.Поэтому, говоря о преобразовании тепловой энергии в механическую, мы имеем в виду горение, а не электрическое.
Другими словами, двигатель — это тип двигателя. Но мотор — это не обязательно двигатель. В случае с электромобилями, поскольку механическая энергия создается из электричества, мы используем слово «двигатель» для описания устройства, которое заставляет электромобиль двигаться (также известного как тяга).
Как двигатель электромобиля работает внутри электромобиля?
Теперь, когда мы знаем, что мы говорим о двигателях, а не двигателях, как двигатель работает внутри электромобиля?
В наши дни электродвигатели можно встретить во многих бытовых устройствах.Те, которые используют двигатели постоянного тока (DC), имеют довольно простые функции. Двигатель подключен непосредственно к источнику энергии, и его скорость вращения напрямую зависит от силы тока. Хотя эти электродвигатели просты в производстве, они не соответствуют требованиям к мощности, надежности или размеру электромобиля, хотя вы можете обнаружить, что они приводят в действие дворники, окна и другие более мелкие механизмы внутри автомобиля.
Статор и ротор
Если вы хотите понять, как работает электромобиль, вам необходимо ознакомиться с физическими элементами его электродвигателя.И он начинается с понимания принципов работы двух его основных частей: статора и ротора. Разницу между ними легко запомнить: статор неподвижен, а ротор вращается. В двигателе статор использует энергию для создания магнитного поля, которое затем вращает ротор.
Итак, как работает двигатель, когда дело доходит до привода электромобиля ? Для этого мы должны обратиться к двигателям переменного тока (AC), которые требуют использования схемы преобразования для преобразования постоянного тока (DC), подаваемого батареей.Давайте подробнее рассмотрим два разных вида тока.
Электромобиль: переменный ток и постоянный ток
Перво-наперво, если вы хотите понять, как работает электродвигатель электромобиля, вам необходимо знать разницу между переменным и постоянным током (электронными токами).
Электричество движется по проводнику двумя путями. Переменный ток (AC) описывает электрический ток, при котором электроны периодически меняют направление. Постоянный ток (DC), как следует из названия, течет в одном направлении.
Аккумулятор в электромобиле работает от постоянного тока. Но когда дело доходит до главного двигателя электромобиля (который обеспечивает тягу к транспортному средству), эта энергия постоянного тока должна быть преобразована в переменный ток через инвертор.
Итак, что происходит, когда эта энергия достигает двигателя? Это зависит от того, используется ли в автомобиле синхронный или асинхронный двигатель.
Типы электродвигателей
В автомобильной промышленности существуют двигатели переменного тока двух типов: синхронные и асинхронные.Когда дело доходит до электромобиля, у синхронных и асинхронных двигателей есть свои сильные стороны — один не обязательно «лучше» другого.
Синхронные и асинхронные двигатели
Асинхронный двигатель, также называемый асинхронным двигателем, основан на статоре с электрическим приводом для создания вращающегося магнитного поля. Это влечет ротор в бесконечную погоню, как если бы он безуспешно пытался догнать магнитное поле. Асинхронный двигатель часто используется в электромобилях, которые в основном используются для движения на повышенных скоростях в течение длительных периодов времени.
В синхронном двигателе ротор сам действует как электромагнит, активно участвуя в создании магнитного поля. Таким образом, его скорость вращения прямо пропорциональна частоте тока, который питает двигатель. Это делает синхронный двигатель идеальным для городского движения, которое обычно требует регулярной остановки и запуска на низких скоростях.
И синхронные, и асинхронные двигатели работают в обратном порядке, что означает, что они могут преобразовывать механическую энергию в электричество во время замедления.Это принцип рекуперативного торможения , который происходит от генератора.
Части электродвигателей
Давайте теперь подробнее рассмотрим некоторые из различных частей двигателя электромобиля: от магнитов электродвигателей или синхронных двигателей с внешним возбуждением (EESM) до силового агрегата в целом.
Постоянные магниты
В некоторых синхронных двигателях в качестве ротора используется двигатель с постоянными магнитами. Эти постоянные магниты встроены в стальной ротор, создавая постоянное магнитное поле.Преимущество постоянного электромотора в том, что он работает без источника питания, но требует использования металлов или сплавов, таких как неодим или диспрозий. Эти «редкоземельные элементы» являются ферромагнитными, что означает, что они могут быть намагничены, чтобы стать постоянными магнитами. Они используются в различных промышленных целях: от ветряных генераторов, аккумуляторных инструментов и наушников до велосипедных динамо-машин и… тяговых двигателей для некоторых электромобилей!
Проблема в том, что цены на эти «редкие земли» очень волатильны.Несмотря на свое название, на самом деле они не обязательно такие редкие, но встречаются почти исключительно в Китае, который, следовательно, имеет квазимонополию на их производство, продажу и распространение. Это объясняет, почему производители упорно трудятся над поиском альтернативных решений для двигателей электромобилей.
Синхронные двигатели с внешним возбуждением
Одно из этих решений, используемое Renault для New ZOE, включает изготовление магнита электродвигателя из медной катушки. Это требует более сложного производственного процесса, но позволяет избежать проблем с питанием при сохранении отличного соотношения между массой двигателя и передаваемым крутящим моментом.
Гийом Фори, руководитель отдела проектирования завода Renault Cléon во Франции, дает представление о сложности и изобретательности двигателя New ZOE: «Производство EESM требует специальных процессов намотки катушек и пропитки. Ограничения ожидаемых характеристик продукта, цель снижения отношения веса к мощности и высокая скорость производства требуют от нас эффективного использования самых современных технологий для выполнения этих процессов ».
Электрическая трансмиссия
В электромобиле двигатель, состоящий из ротора и статора, является частью более крупного блока, электрической трансмиссии , совокупности, которая заставляет электродвигатель работать.
Также в этом устройстве, контроллер Power Electronic (PEC) объединяет всю силовую электронику, отвечающую за управление питанием двигателя и зарядку аккумулятора. Наконец, он включает в себя редукторный двигатель, часть, отвечающую за регулировку крутящего момента и скорости вращения, передаваемых двигателем на колеса.
Вместе эти элементы обеспечивают плавную и эффективную работу электродвигателя. И результат? Ваш электромобиль бесшумный, надежный, дешевле, и приятно водить!
Авторские права: Pagecran
Читайте также
Электромобиль
Различные способы хранения энергии
10 июня 2021
Посмотреть большеЭлектромобиль
Все, что нужно знать о подключаемом к сети гибридном автомобиле
10 июня 2021
Посмотреть большеЭлектромобиль
Все, что нужно знать о зарядке гибридного автомобиля
09 июня 2021
Посмотреть большеВыбор подходящего электродвигателя
Производители все чаще задумываются об энергоэффективности .Более зеленая и экологически чистая экономика — одна из целей Конференции Организации Объединенных Наций по изменению климата 2015 года, которую взяли на себя многие государства. Но прежде всего в целях ограничения потребления и экономии в последние годы промышленность приобретает более энергоэффективное оборудование. Согласно исследованию Европейской комиссии, на двигатели приходится 65% промышленного потребления энергии в Европе. Поэтому принятие мер в отношении двигателей является важным шагом на пути к сокращению выбросов CO2.Комиссия даже прогнозирует, что к 2020 году можно повысить энергоэффективность двигателей европейского производства на 20–30%. В результате будет на 63 миллиона тонн меньше CO2 в атмосфере и на 135 миллиардов киловатт-часов.
Если вы также хотите интегрировать энергоэффективные двигатели и получить экономию, внося свой вклад в развитие планеты, вам сначала необходимо ознакомиться со стандартами энергоэффективности для двигателей в вашей стране или географической области . Но будьте осторожны, эти стандарты распространяются не на все двигатели, а только на асинхронные электродвигатели переменного тока .
Международные стандарты
- Международная электротехническая комиссия (МЭК) определила классы энергоэффективности для электродвигателей, размещенных на рынке, известные как код IE, которые кратко изложены в международном стандарте МЭК .
- IEC определила четыре уровня энергоэффективности, которые определяют энергетические характеристики двигателя:
- IE1 относится к СТАНДАРТНОЙ эффективности
- IE2 означает ВЫСОКИЙ КПД
- IE3 относится к ПРЕМИУМ-КПД
- IE4 , все еще изучается, обещает СУПЕР ПРЕМИУМ эффективность
- МЭК также внедрила стандарт IEC 60034-2-1: 2014 для испытания электродвигателей .Многие страны используют национальные стандарты испытаний, а также ссылаются на международный стандарт IEC 60034-2-1.
В Европе
ЕС уже принял несколько директив, направленных на снижение энергопотребления двигателей, включая обязательство производителей размещать на рынке энергоэффективные двигатели:
- Следовательно, класс IE2 является обязательным для всех двигателей с 2011 г.
- Класс IE3 является обязательным с января 2015 года для двигателей мощностью 7.От 5 до 375 кВт (или IE2, если эти двигатели оснащены преобразователем частоты)
- Класс IE3 является обязательным с января 2017 года для двигателей мощностью от 0,75 до 375 кВт (или IE2, если эти двигатели имеют преобразователь частоты).
В США
В США действуют стандарты, определенные американской ассоциацией NEMA (Национальная ассоциация производителей электрооборудования). С 2007 года минимальный требуемый уровень установлен на IE2.
Такая же классификация применяется к Австралия и Новой Зеландии .
Азия
В China корейские стандарты MEPS (минимальный стандарт энергоэффективности) применяются к трехфазным асинхронным двигателям малого и среднего размера с 2002 года (GB 18693). В 2012 году стандарты MEPS были гармонизированы со стандартами IEC, перейдя от IE1 к IE2, а теперь и к IE3.
Япония гармонизировала свои национальные правила с классами эффективности IEC и включила электродвигатели IE2 и IE3 в свою программу Top Runner в 2014 году.Программа Top Runner, представленная в 1999 году, вынуждает японских производителей постоянно предлагать на рынке новые модели, которые более энергоэффективны, чем предыдущие поколения, тем самым стимулируя эмуляцию и инновации в области энергетики.
Индия имеет знак сравнительной эффективности с 2009 года и национальный стандарт на уровне IE2 с 2012 года.
.