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.
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] ru с указанием требуемой модели электродвигателя, целей и условий эксплуатации. Менеджер поможет Вам подобрать нужную марку с учетом Ваших пожеланий и потребностей.
Электродвигатель постоянного тока: принцип работы и действия, устройство, характеристики
Содержание
- Краткая история создания
- Принцип действия электродвигателя постоянного тока
- Устройство электродвигателя постоянного тока
- Особенности и характеристики электродвигателя постоянного тока
Сейчас невозможно представить нашу жизнь без электродвигателей. Они приводят в действие станки, бытовую технику и инструменты, поезда, трамваи и троллейбусы, компьютеры, игрушки и разные подвижные механизмы, устанавливаются на производственных станках, если частоту вращения рабочего вала требуется регулировать в широком диапазоне. Агрегаты для преобразования электрической энергии в механическую представлены множеством видов и моделей (синхронные, асинхронные, коллекторные и т.
Краткая история создания
Разные ученые пытались создать экономичный и мощный двигатель еще с первой половины 19 века. Основой послужило открытие М.Фарадея, сделанное в 1821 г. Он обнаружил, что помещенный в магнитное поле проводник вращается. Отталкиваясь от этого, в 1833 г изобретатель Томас Дэвенпорт смог сконструировать двигатель постоянного тока, а позже, в 1834 г, ученый Б.С.Якоби придумал прообраз современной модели двигателя с вращающимся валом. Устройство, более похожее на современные агрегаты, появилось в 1886 г, и до сегодняшнего дня электродвигатель продолжает совершенствоваться.
Принцип действия электродвигателя постоянного тока
На мысль о создании двигателя ученых натолкнуто следующее открытие. Помещенная в магнитное поле проволочная рамка с пропущенным по ней током начинает вращаться, создавая механическую энергию. Принцип действия электродвигателя постоянного тока основывается на взаимодействии магнитных полей рамки и самого магнита. Но одна рамка после определенного количества вращений замирает в положении, параллельном внешнему магнитному полю. Для продолжения движения необходимо добавить вторую рамку и в определенный момент переключить направление тока.
Вместо рамок в двигателе используется набор проводников, на которые подается ток, и якорь. При запуске вокруг него возбуждается магнитное поле, взаимодействующее с полем обмотки. Это заставляет якорь повернуться на определенный угол. Подача тока на следующие проводники приводит к следующему повороту якоря, и далее процесс продолжается.
Магнитное поле создается либо с помощью постоянного магнита (в маломощных агрегатах), либо с помощью индуктора/обмотки возбуждения (в более мощных устройствах).
Попеременную зарядку проводников якоря обеспечивают щетки, сделанные из графита или сплава графита и меди. Они служат контактами, замыкающими электрическую сеть на выводы пар проводников. Изолированные друг от друга выводы представляют собой кольцо из нескольких ламелей, которое находится на оси вала якоря и называется коллекторным узлом. Благодаря поочередному замыканию ламелей щетками двигатель вращается равномерно. Степень равномерности работы двигателя зависит от количества проводников (чем больше, тем равномернее).
Устройство электродвигателя постоянного тока
Теперь, когда вы знаете, как работает электродвигатель постоянного тока, пора ознакомиться с его конструкцией.
Как и у других моделей, основу двигателя составляют статор (индуктор) – неподвижная часть, и якорь вкупе с щеточноколлекторным узлом – подвижная часть. Обе части разделены воздушным зазором.
В состав статора входят станина, являющаяся элементом магнитной цепи, а также главные и добавочные полюса. Обмотки возбуждения, необходимые для создания магнитного поля, находятся на главных полюсах. Специальная обмотка, улучшающая условия коммутации, расположена на добавочных полюсах.
Якорь представляет собой узел, состоящий из магнитной системы (она собрана из нескольких листов), набора обмоток (проводников), уложенных в пазы, и коллектора, который подводит постоянный ток к рабочей обмотке.
Коллектор имеет вид цилиндра, собранного из изолированных медных пластин. Он насажен на вал двигателя и имеет выступы, к которым подходят концы секций обмотки якоря. Щетки снимают ток с коллектора, входя с ним в скользящий контакт. Удержание щеток в нужном положении и обеспечение их нажатия на коллектор с определенной силой осуществляется щеткодержателями.
Многие модели двигателей оснащены вентилятором, задача которого – охлаждение агрегата и увеличение продолжительности рабочего периода.
Особенности и характеристики электродвигателя постоянного тока
Эксплуатационные характеристики электродвигателя постоянного тока позволяют широко использовать это устройство в самых разных сферах – от бытовых приборов до транспорта. К его преимуществам можно отнести:
- Экологичность. При работе не выделяются вредные вещества и отходы.
- Надежность. Благодаря довольно простой конструкции он редко ломается и служит долго.
- Универсальность. Он может использоваться в качестве как двигателя, так и генератора.
- Простота управления.
- Возможность регулирования частоты и скорости вращения вала – достаточно подключить агрегат в цепь переменного сопротивления.
- Легкость запуска.
- Небольшие размеры.
- Возможность менять направление вращения вала. В двигателе с последовательным возбуждением нужно изменить направление тока в обмотке возбуждения, во всех остальных типах – в якоре.
Как и любое устройство, электродвигатели постоянного тока имеют и «слабые стороны»:
- Их себестоимость, следовательно, и цена достаточно высока.
- Для подключения к сети необходим выпрямитель тока.
- Самая уязвимая и быстроизнашивающаяся деталь – щетки – требует периодической замены.
- При сильной перегрузке может случиться возгорание. Если соблюдать правила эксплуатации, такая возможность исключена.
Но, как видите, достоинства явно перевешивают, поэтому на данный момент электродвигатель является одним из наиболее экономичных и эффективных устройств. Зная устройство и принцип работы электродвигателя постоянного тока, вы сможете самостоятельно собрать и разобрать его для техосмотра, чистки или устранения неисправностей.
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.
Устройство и принцип работы электродвигателя переменного тока
Электродвигатель – это электротехническое устройство для преобразования электрической энергии в механическую. Сегодня повсеместно применяются электромоторы в промышленности для привода различных станков и механизмов. В домашнем хозяйстве они установлены в стиральной машине, холодильнике, соковыжималке, кухонном комбайне, вентиляторах, электробритвах и т. п. Электродвигатели приводят в движение, подключенные к ней устройства и механизмы.
В этой статье Я расскажу о самых распространенных видах и принципах работы электрических двигателей переменного тока, широко используемых в гараже, в домашнем хозяйстве или мастерской.
Как работает электродвигатель
Двигатель работает на основе эффекта, обнаруженного Майклом Фарадеем еще в 1821 году. Он сделал открытие, что при взаимодействии электрического тока в проводнике и магнита может возникнуть непрерывное вращение.
Если в однородном магнитном поле расположить в вертикальном положении рамку и пропустить по ней ток, тогда вокруг проводника возникнет электромагнитное поле, которое будет взаимодействовать с полюсами магнитов. От одного рамка будет отталкиваться, а к другому притягиваться. В результате рамка повернется в горизонтальное положения, в котором будет нулевым воздействие магнитного поля на проводник. Для того что бы вращение продолжилось необходимо добавить еще одну рамку под углом или изменить направление тока в рамке в подходящий момент. На рисунке это делается при помощи двух полуколец, к которым примыкают контактные пластины от батарейки. В результате после совершения полуоборота меняется полярность и вращение продолжается.
В современных электродвигателях вместо постоянных магнитов для создания магнитного поля используются катушки индуктивности или электромагниты. Если разобрать любой мотор, то Вы увидите намотанные витки проволоки, покрытой изоляционным лаком. Эти витки и есть электромагнит или как их еще называют обмотка возбуждения.
В быту же постоянные магниты используются в детских игрушках на батарейках.
В других же более мощных двигателях используются только электромагниты или обмотки. Вращающаяся часть с ними называется ротор, а неподвижная- статор.
Виды электродвигателей
Сегодня существуют довольно много электродвигателей разных конструкций и типов. Их можно разделить по типу электропитания:
- Переменного тока, работающие напрямую от электросети.
- Постоянного тока, которые работают от батареек, АКБ, блоков питания или других источников постоянного тока.
По принципу работы:
- Синхронные, в которых есть обмотки на роторе и щеточный механизм для подачи на них электрического тока.
- Асинхронные, самый простой и распространенный вид мотора. В них нет щеток и обмоток на роторе.
Синхронный мотор вращается синхронно с магнитным полем, которое его вращает, а у асинхронного ротор вращается медленнее вращающегося магнитного поля в статоре .
Принцип работы и устройство асинхронного электродвигателя
В корпусе асинхронного двигателя укладываются обмотки статора (для 380 Вольт их будет 3), которые создают вращающееся магнитное поле. Концы их для подключения выводятся на специальную клеммную колодку. Охлаждаются обмотки, благодаря вентилятору, установленному на вале в торце электродвигателя.
Ротор, являющиеся одним целым с валом, изготавливается из металлических стержней, которые замыкаются между собой с обоих сторон, поэтому он и называется короткозамкнутым.
Благодаря такой конструкции отпадает необходимость в частом периодическом обслуживании и замене токоподающих щеток, многократно увеличивается надежность, долговечность и безотказность.
Как правило, основной причиной поломки асинхронного мотора является износ подшипников, в которых вращается вал.
Принцип работы. Для того что бы работал асинхронный двигатель необходимо, что бы ротор вращался медленнее электромагнитного поля статора, в результате чего наводится ЭДС (возникает электроток) в роторе. Здесь важное условие, если бы ротор вращался с такой же скоростью как и магнитное поле, то в нем по закону электромагнитной индукции не наводилось бы ЭДС и, следовательно не было бы вращения. Но в реальности, из-за трения подшипников или нагрузки на вал, ротор всегда будет вращаться медленнее.
Магнитные полюса постоянно вращаются в обмотках мотора, и постоянно меняется направление тока в роторе. В один момент времени, например направление токов в обмотках статора и ротора изображено схематично в виде крестиков (ток течет от нас) и точек (ток на нас). Вращающееся магнитное поле изображено изображено пунктиром.
Например, как работает циркулярная пила. Наибольшие обороты у нее без нагрузки. Но как только мы начинаем резать доску, скорость вращения уменьшается и одновременно с этим ротор начинает медленнее вращаться относительно электромагнитного поля и в нем по законам электротехники начинает наводится еще большей величины ЭДС. Вырастает потребляемый ток мотором и он начинает работать на полной мощности. Если же нагрузка на вал будет столь велика, что его застопорит, то может возникнуть повреждение короткозамкнутого ротора из-за максимальной величины наводимой в нем ЭДС. Вот почему важно подбирать двигатель, подходящей мощности. Если же взять большей, то неоправданными будут энергозатраты.
Скорость вращения ротора зависит от количества полюсов. При 2 полюсах скорость вращения будет равна скорости вращения магнитного поля, равного максимум 3000 оборотов в секунду при частоте сети 50 Гц. Что бы понизить скорость вдвое, необходимо увеличить количество полюсов в статоре до четырех.
Весомым недостатком асинхронных двигателей является то, что они подаются регулировке скорости вращения вала только при помощи изменения частоты электрического тока. А так не возможно добиться постоянной частоты вращения вала.
Принцип работы и устройство синхронного электродвигателя переменного тока
Данный вид электродвигателя используется в быту там, где необходима постоянная скорость вращения, возможность ее регулировки, а так же если необходима скорость вращения более 3000 оборотов в минуту (это максимум для асинхронных).
Синхронные моторы устанавливаются в электроинструменте, пылесосе, стиральной машине и т. д.
В корпусе синхронного двигателя переменного тока расположены обмотки (3 на рисунке), которые также намотаны и на ротор или якорь (1). Их выводы припаяны к секторам токосъемного кольца или коллектора (5), на которые при помощи графитовых щеток (4) подается напряжение. При чем выводы расположены так, что щетки всегда подают напряжение только на одну пару.
Наиболее частыми поломками коллекторных двигателей является:
- Износ щеток или их плохой их контакт из-за ослабления прижимной пружины.
- Загрязнение коллектора. Чистите либо спиртом или нулевой наждачной бумагой.
- Износ подшипников.
Принцип работы. Вращающий момент в электромоторе создается в результате взаимодействия между током тока якоря и магнитным потоком в обмотке возбуждения. С изменением направления переменного тока будет меняться и направление магнитного потока одновременно в корпусе и якоре, благодаря чему вращение всегда будет в одну сторону.
Регулировка скорости вращения меняется методом изменения величины подаваемого напряжения. В дрелях и пылесосах для этого используется реостат или переменное сопротивление.
Изменение направления вращения происходит также как и у двигателей постоянного тока, о которых Я расскажу в следующей статье.
Самое главное о синхронных двигателях Я постарался изложить, более подробно Вы можете прочитать на них на Википедии.
Режимы работы электродвигателя в следующей статье.
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 работы асинхронного электродвигателя | Русэлт
Асинхронные электродвигатели – это устройства, главным назначением которых является преобразование энергии переменного электротока в механическую. Своим названием двигатель обязан асинхронному типу вращения ротора относительно частоты вращения магнитного поля, индуцирующего электроток в обмотке статора.
Принцип работы на примере асинхронного электродвигателя трехфазного тока
Этот тип электрического двигателя наиболее часто применяется в различных сферах промышленности. Двигатель имеет 3-и обмотки на статоре, со смещением на 120 градусов. Обмотки запитаны переменным током и объединены по схеме «звезда» или «треугольник». При подаче напряжения на обмотку статора во всех трёх фазах появится магнитный поток.
Вместе с изменением частоты напряжения на обмотке статора, изменяется и магнитный поток. Фазы и магнитные потоки смещены относительно друг друга на сто двадцать градусов. Суммарный магнитный поток и будет вращающимся магнитным потоком, создающим электродвижущую силу (ЭДС). ЭДС, в замкнутой электроцепи обмотки ротора, индуцирует электроток. Во взаимодействии с магнитным потоком статора, ток создает пусковой момент электрического двигателя. Ротор начинает вращение в таком же направлении, что и магнитное поле статора при превышении пусковым моментом двигателя его тормозного момента.
Преимущества и недостатки асинхронных электродвигателей
Простота эксплуатации и хорошая ремонтопригодность – главные достоинства асинхронного двигателя, сделавшие его наиболее востребованным в очень разных сферах машиностроения и приборостроения. Привлекает и:
- Сравнительно невысокая цена;
- Надёжность
- Несложность подсоединения в общую электроцепь устройств.
Асинхронные электродвигатели имеют и ряд недостатков:
- Трудности с точным регулированием скорости;
- Большой пусковой ток;
- Относительно невысокий коэффициент мощности.
По типу обмотки ротора, короткозамкнутой или фазной, асинхронные двигатели, подразделяются на 2 типа:
- Электродвигатели с короткозамкнутым ротором имеют обмотку, замыкающуюся на сам ротор;
- Электродвигатели с фазным ротором – обмотку с концами, выведенными на щеточно-коллекторный узел.
Преимущество двигателя с фазным ротором в том, что скорость вращения можно регулировать путем подключения дополнительных сопротивлений (реостатного регулирования).
Как это работает. Ракетный двигатель
Фото: Объединенная двигателестроительная корпорация
Полеты в космос, одно из самых вдохновляющих достижений человечества, невозможны без ракетного двигателя. С одной стороны, принцип его работы максимально прост, а с другой – всего несколько стран могут похвастаться ракетными двигателями собственного производства.
С момента старта Гагарина и по сей день все российские космонавты поднимаются с поверхности Земли двигателями РД-107/108. Серийное производство этих исключительно надежных двигателей продолжается на самарском предприятии Ростеха «ОДК-Кузнецов». Рассказываем о том, как устроен и работает космический двигатель-долгожитель РД-107/108.
Космически просто
И правда, объяснить принцип действия реактивных двигателей, к которым относятся и ракетные двигатели, можно даже ребенку. Для этого достаточно отпустить надутый воздушный шарик, который под влиянием выталкиваемого воздуха полетит в противоположном направлении. Движение и шарика, и ракеты происходит согласно третьему закону Ньютона: действию всегда есть равное и противоположное противодействие. Действие из ничего не возникает. Чтобы обеспечить действие, требуется энергия. В шарике это потенциальная энергия сжатого, в меру возможностей ваших легких, воздуха. Отличие ракеты заключается в том, что для выхода за пределы атмосферы требуется выбрасывать большие массы вещества с очень большой скоростью, что требует подвода огромного количества энергии. Это и делает ракетный двигатель.
Фото: Космический центр «Восточный» / Роскосмос
Самым распространенным типом двигателей для космических программ сегодня являются жидкостные ракетные двигатели (ЖРД), в которых в качестве топлива используются жидкие горючее и окислитель. К этому типу относится и российский РД-107/108.
Жидкостные двигатели – на сегодняшний момент самые мощные и универсальные ракетные двигатели, с помощью которых совершается большинство полетов в космос. Они отличаются высоким удельным импульсом, то есть при меньшей массе израсходованного топлива создают большую тягу. Кроме того, ЖРД позволяют активно управлять уровнем тяги и могут использоваться много раз. При этом по сравнению с другими видами ракетных двигателей, например твердотопливными, они значительно сложнее и дороже, поэтому основная их сфера применения – космонавтика и обеспечение выведения орбитальных и межпланетных аппаратов.
Как работает жидкостный ракетный двигатель
Чтобы получить полезное действие, достаточное для прорыва в космос, нужно получить большое количество энергии − эффективно сжечь большое количество топлива. Как известно, любой процесс горения представляет собой химическую реакцию окисления. И если на Земле для других видов тепловых двигателей в качестве окислителя можно использовать атмосферный кислород, то для ракетного двигателя, и тем более в космосе, окислитель и горючее надо иметь непосредственно на ракете, и лучше всего в максимально плотном и удобном для подачи жидком виде. В РД-107/108 в качестве окислителя используется жидкий кислород, а в качестве горючего – керосин.
Фото: Объединенная двигателестроительная корпорация
В камере сгорания подаваемые специальными насосами в нужном количестве и с необходимым давлением окислитель и горючее смешиваются и сгорают. Горячие (с температурой в несколько тысяч градусов) продукты сгорания в конструкции особого профиля – сверхзвуковом сопле Лаваля – разгоняются до многократно сверхзвуковых скоростей и уходят в пространство. Если умножить сумму секундных расходов масс горючего и окислителя на скорость выхода продуктов сгорания из сопла, можно в первом приближении получить силу тяги двигателя. Так, в общих чертах, можно описать схему работы жидкостного ракетного двигателя.
Устройство РД-107/108
Двигатель РД-107/108 состоит из четырех камер сгорания, турбонасосного агрегата, газогенератора, испарителя азота для наддува баков ракеты и комплекта агрегатов автоматики. Для управления полетом ракеты на двигателях имеются рулевые камеры: два на РД-107 и четыре на РД-108.
Несоизмеримые с возможностями существующих металлов температуры горения и продуктов сгорания, большое количество выделяемого тепла требуют охлаждения стенок камеры сгорания и сопла. В РД-107/108 эта инженерная задача решается двухстеночной конструкцией камеры сгорания и сопла и организацией охлаждения стенки со стороны горячего тракта подачей горючего (керосина) в камеру сгорания через межстеночные пространства.
Вторая особенность РД-107/108 − открытая схема сброса генераторного газа. Окислитель и горючее хранятся в отдельных баках и подаются в систему с помощью турбонасосного агрегата (ТНА). Для привода насосов горючего и окислителя используется турбина, в качестве рабочего тела для которой используется парогаз – продукт каталитического разложения пероксида водорода. Выхлопы турбины выбрасываются за срез сопла.
Рекордсмен космоса
Разработка двигателей РД-107 и РД-108 проходила в 1954–1957 годах под руководством выдающегося конструктора Валентина Глушко. Двигатели предназначались для первой в мире межконтинентальной баллистической ракеты Р-7, модификация которой в 1957 году доставила в космос первый искусственный спутник Земли. В 1961 году двигатели обеспечили первый полет человека в космос. На протяжении более 60 лет российские ракеты «Союз» поднимаются в небо с помощью двигателей РД-107/108 и их модификаций. Серийное производство двигателей налажено на самарском заводе «ОДК-Кузнецов», входящем в Объединенную двигателестроительную корпорацию Ростеха.
Программа РД-107/108 продолжает развиваться, создаются новые модификации – всего разработано 18 вариантов для различных программ. Сегодня модификациями двигательных установок РД-107А/РД-108А оснащаются I и II ступени всех ракет-носителей среднего класса типа «Союз». Все пилотируемые и до 80% грузовых космических кораблей в России взлетают благодаря этим двигателям.
РД-107/108 уже поставил свой космический рекорд по долголетию. Конечно, когда-нибудь и его время пройдет, но сегодня запас для совершенствования двигателя еще не исчерпан.
Основные принципы работы двигателя
Процесс сгорания
Нормальное сгорание происходит, когда топливно-воздушная смесь воспламеняется в цилиндре и постепенно сгорает с довольно равномерной скоростью в камере сгорания. При правильном выборе времени зажигания максимальное давление создается сразу после того, как поршень прошел верхнюю мертвую точку в конце такта сжатия.
Фронты пламени начинаются у каждой свечи зажигания и горят более или менее волнообразно. [Рисунок 10-42] На скорость распространения пламени влияют тип топлива, соотношение топливно-воздушной смеси, а также давление и температура топливной смеси.При нормальном сгорании скорость пламени составляет около 100 футов в секунду. Температура и давление в цилиндре повышаются с нормальной скоростью по мере сгорания топливно-воздушной смеси.
Рисунок 10-42. Нормальное сгорание в цилиндре.Детонация
Тем не менее, существует предел степени сжатия и степени повышения температуры, который может выдерживаться внутри цилиндра двигателя и при этом допускать нормальное сгорание. Все виды топлива имеют критические пределы температуры и сжатия.За пределами этого предела они самопроизвольно воспламеняются и горят со взрывной силой. Это мгновенное взрывное горение топливно-воздушной смеси или, точнее, последней части заряда называется детонацией.
Детонация — это самовозгорание несгоревшего заряда перед фронтами пламени после воспламенения заряда. [Рис. 10-43] При нормальном сгорании фронты пламени продвигаются от точки воспламенения через цилиндр. Эти фронты пламени сжимают перед собой газы.В то же время газы сжимаются движением поршня вверх. Если полное сжатие оставшихся несгоревших газов превышает критическую точку, происходит детонация.
Рисунок 10-43. Детонация внутри цилиндра.Взрывное горение во время детонации приводит к чрезвычайно быстрому росту давления. Это быстрое повышение давления и высокая мгновенная температура в сочетании с генерируемой высокой турбулентностью вызывают очищающее действие на цилиндр и поршень. Это может полностью прожечь поршень.
Критическая точка детонации зависит от соотношения топлива и воздуха в смеси. Следовательно, характеристикой детонации смеси можно управлять, изменяя соотношение топливо / воздух. При высокой выходной мощности давление и температура сгорания выше, чем при низкой или средней мощности. Следовательно, при высокой мощности соотношение топливо / воздух становится больше, чем необходимо для хорошего сгорания при средней или низкой выходной мощности. Это происходит потому, что, как правило, богатая смесь не взрывается так же легко, как бедная смесь.
Если взрыв не является сильным, в кабине экипажа нет доказательств его присутствия. Детонация от легкой до средней не вызывает заметной шероховатости, повышения температуры или потери мощности. В результате он может присутствовать во время взлета и набора высоты с большой мощностью, не будучи известен летному экипажу.
Фактически, эффекты детонации часто обнаруживаются только после разборки двигателя. Однако при капитальном ремонте двигателя на наличие сильной детонации во время его работы указывают выпуклые головки поршней, смятые головки клапанов, сломанные кольцевые площадки или эродированные части клапанов, поршней или головок цилиндров.
Базовая защита от детонации предусмотрена в конструкции карбюраторной установки двигателя, которая автоматически подает богатые смеси, необходимые для подавления детонации на большой мощности; номинальные ограничения, которые включают максимальные рабочие температуры; и выбор правильного сорта топлива. Конструктивные факторы, охлаждение цилиндров, синхронизация магнето, распределение смеси, степень наддува и настройка карбюратора учитываются при проектировании и разработке двигателя и метода его установки на самолет.
Остальная ответственность за предотвращение детонации полностью лежит на наземном и летном экипажах. Они несут ответственность за соблюдение предельных значений частоты вращения и давления в коллекторе. Необходимо соблюдать надлежащее использование нагнетателя и топливной смеси, а также поддержание подходящей температуры воздуха в головке блока цилиндров и карбюратора (CAT).
Предварительное зажигание
Предварительное зажигание, как следует из названия, означает, что сгорание происходит внутри цилиндра до того, как синхронизированная искра проскочит через выводы свечи зажигания.Это состояние часто может быть связано с чрезмерным содержанием углерода или других отложений, которые вызывают локальные горячие точки. Детонация часто приводит к преждевременному возгоранию. Однако преждевременное воспламенение также может быть вызвано работой на большой мощности на чрезмерно бедных смесях. На предварительное зажигание в кабине экипажа обычно указывает неровность двигателя, обратная вспышка и резкое повышение температуры головки блока цилиндров.
Любая область в камере сгорания, которая становится раскаленной, служит воспламенителем перед нормальным воспламенением по времени и вызывает возгорание раньше, чем требуется.Преждевременное возгорание может быть вызвано шероховатостью и нагревом в результате детонационной эрозии. Треснувший клапан или поршень, или сломанный изолятор свечи зажигания могут образовывать горячую точку, которая служит свечой накаливания.
Горячая точка может быть вызвана отложениями на поверхности камеры в результате использования этилированного топлива. Обычный нагар также может вызвать преждевременное возгорание. В частности, предварительное зажигание — это состояние, аналогичное раннему моменту искры. Заряд в цилиндре воспламеняется раньше времени, необходимого для нормального запуска двигателя.Однако не путайте предварительное зажигание с искрой, которая возникает на слишком ранней стадии цикла. Причиной преждевременного зажигания является горячая точка в камере сгорания, а не неправильная установка угла опережения зажигания. Горячая точка может быть связана либо с перегретым цилиндром, либо с дефектом внутри цилиндра.
Самым очевидным методом коррекции преждевременного зажигания является снижение температуры цилиндра. Немедленный шаг — задержать дроссельную заслонку. Это снижает количество заправляемого топлива и количество выделяемого тепла.Если используется нагнетатель, максимально уменьшите давление в коллекторе, чтобы снизить температуру наддува. После этого смесь следует по возможности обогатить, чтобы снизить температуру горения. Если двигатель работает на высокой мощности, когда происходит предварительное зажигание, задержка дроссельной заслонки на несколько секунд может обеспечить достаточное охлаждение, чтобы отколоть часть свинца или другой нагар в камере сгорания. Эти отколотые частицы выходят через выхлоп.
Обратное зажигание
Когда топливно-воздушная смесь не содержит достаточно топлива, чтобы поглотить весь кислород, она называется бедной смесью.И наоборот, заряд, содержащий больше топлива, чем требуется, называется богатой смесью. Чрезвычайно бедная смесь либо вообще не горит, либо горит так медленно, что сгорание не завершается в конце такта выпуска. Пламя задерживается в цилиндре, а затем воспламеняет содержимое во впускном коллекторе или впускной системе, когда впускной клапан открывается. Это вызывает взрыв, известный как обратный огонь, который может повредить карбюратор и другие части системы впуска.
Неправильная установка угла опережения зажигания или неисправные провода зажигания могут привести к тому, что цилиндр загорится в неподходящее время, что позволит цилиндру загореться при открытом впускном клапане, что может вызвать обратное зажигание.Следует подчеркнуть, что обратная вспышка редко затрагивает весь двигатель. Поэтому карбюратор редко бывает виноват. Практически во всех случаях обратное зажигание ограничивается одним или двумя цилиндрами. Обычно это результат неправильной настройки зазора клапанов, неисправных форсунок топливных форсунок или других условий, из-за которых эти цилиндры работают беднее, чем двигатель в целом. Не может быть постоянного лечения, пока эти дефекты не будут обнаружены и исправлены. Поскольку эти цилиндры с обратным зажиганием срабатывают с перерывами и, следовательно, работают на холостом ходу, они могут быть обнаружены с помощью проверки холодного цилиндра.
В некоторых случаях двигатель дает обратную вспышку на холостом ходу, но удовлетворительно работает на средних и высоких настройках мощности. Наиболее вероятная причина в этом случае — слишком бедная смесь холостого хода. Правильная регулировка смеси топлива и воздуха на холостом ходу обычно решает эту проблему.
Дожигание
Дожигание, иногда называемое дожиганием, часто возникает из-за слишком богатой топливно-воздушной смеси. Чрезмерно богатые смеси также медленно горят, поэтому в отработанных газах присутствуют заряды несгоревшего топлива.Воздух снаружи выхлопных труб смешивается с несгоревшим топливом, которое воспламеняется. Это вызывает взрыв в выхлопной системе. Дожигание, возможно, более распространено, когда длинные выхлопные трубы удерживают большее количество несгоревших зарядов. Как и в случае обратного зажигания, поправка на дожигание — это правильная регулировка топливно-воздушной смеси.
Последующее воспламенение также может быть вызвано тем, что цилиндры не работают из-за неисправных свечей зажигания, неисправных форсунок для впрыска топлива. или неправильный клапанный зазор.Несгоревшая смесь из этих мертвых цилиндров попадает в выхлопную систему, где воспламеняется и горит. К сожалению, образовавшееся подгорание или дожигание легко можно принять за свидетельство богатого карбюратора. Цилиндры, которые с перебоями горят, могут вызывать аналогичный эффект. Опять же, неисправность можно исправить, только обнаружив настоящую причину и исправив неисправность. Неисправные или непостоянные цилиндры могут быть обнаружены с помощью проверки холодного цилиндра.
Летный механик рекомендует
| Конструкция и принцип действия двигателей Мы широко используем тепловые двигатели с момента их изобретения в 17 веке.Есть много видов двигателей, и они используются в нашей жизни. На этом занятии представлены конструкция, принцип и характеристики тепловых двигателей и источника энергии. Поршневой паровой двигатель
Поршневой паровой двигатель — первый двигатель, получивший практическое применение. Этот двигатель получает механическую мощность за счет статического давления пара. После промышленной революции он долгое время использовался в качестве источника энергии для промышленности и транспорта.Но его заменяют двигатели внутреннего сгорания, и в настоящее время он не используется. Двигатель Стирлинга
Двигатель Стирлинга состоит из двух поршней, как показано на правом рисунке. Это двигатель внешнего сгорания с замкнутым циклом, который многократно использует рабочий газ без какого-либо клапана.Запоминающейся характеристикой этого двигателя является то, что для получения высокого КПД используется регенератор. В те дни был изобретен двигатель, который назывался «Двигатель горячего воздуха» вместе с двигателем Эрикссон, описанным ниже. После многих разработок двигатели Стирлинга в настоящее время получают высокую мощность и высокий КПД за счет использования гелия или водорода под высоким давлением в качестве рабочего газа. Но этот двигатель еще не получил практического применения, потому что у него есть несколько проблем, таких как большой вес и высокая стоимость производства. Ericsson Engine
Дж. Эрикссон разработал несколько двигателей, модернизировав двигатель Стирлинга (в наши дни называемый двигателем горячего воздуха). Один из них сегодня называется движком Ericsson. Это двигатель внешнего сгорания с открытым циклом с двумя клапанами на подающем цилиндре и силовом цилиндре, как показано на правом рисунке. Также в большинстве двигателей, изобретенных Дж. Эриксоном, использовался регенератор.
Бензиновый двигатель
В настоящее время бензиновый двигатель (двигатель с искровым зажиганием) широко используется в качестве источника энергии для автомобилей.По принципу этого двигателя смесь топлива и воздуха сначала сжимается в цилиндре. А газ взрывается от свечи зажигания и генерирует выходную мощность. В качестве хороших характеристик двигателя может быть реализован двигатель меньшего размера и легкого веса, при этом возможны высокие обороты двигателя и большая мощность. Также обслуживание двигателя очень простое.
Паровая турбина
Паровая турбина имеет вращающиеся лопатки вместо поршня и цилиндра поршневого парового двигателя.Этот двигатель используется в качестве источника энергии на тепловых и атомных электростанциях. Паровая турбина использует динамическое давление пара и преобразует тепловую энергию в механическую, хотя поршневой паровой двигатель использует статическое давление пара. Оба двигателя используют энергию, полученную при расширении пара.
Дизельный двигатель Газовая турбина
По принципу газовой турбины рабочий газ (воздух) сжимается компрессором и сначала нагревается за счет энергии сгорания топлива. Рабочий газ становится высокой температуры и высокого давления. Двигатель преобразует энергию рабочего газа во вращающуюся энергию лопастей, используя взаимодействие между газом и лопастями. Ракетный двигатель
Ракетный двигатель получает газообразные продукты сгорания высокой температуры и высокого давления из топлива и окислителя в конбусторе.Газообразные продукты сгорания приобретают высокую скорость с адиабатическим расширением через сопло и выбрасываются в заднюю часть двигателя. Движущая сила получается за счет реакции высокоскоростного газа. Топливный элемент
Вышеупомянутые тепловые двигатели меняют энергию топлива на механическую за счет тепловой энергии. С другой стороны, топливный элемент напрямую преобразует химическую энергию топлива в электрическую. |
Как работает двигатель внутреннего сгорания (4-тактный бензин)
Последнее обновление 27 мая 2021 г.
Внутреннее сгорание основано на идее, что вы можете создать много энергии, сжигая бензин в небольшом закрытом помещении . Когда вы можете использовать расширяющийся газ, образующийся в результате этого процесса, вы создали ядро двигателя внутреннего сгорания.
Оттуда энергия этого газа преобразуется в движение.Практически каждый автомобиль, который вы видите на дороге, использует четырехтактный цикл сгорания для создания движения из бензина. Продолжайте читать, чтобы понять (и увидеть), как работает бензиновый двигатель, который сегодня используется в большинстве автомобилей.
Связано: Дизельный двигатель против бензинового
Как работает 4-тактный двигатель
Процесс четырехтактного двигателя также известен как цикл Отто. Немецкий инженер Николаус Отто был первым, кто изобрел и запатентовал четырехтактный газовый двигатель.Каждый шаг в этом процессе назван словом «штрих»; такт впуска, такт сжатия, рабочий ход и такт выпуска.
Важно понимать термин «цикл Отто», потому что он отличается от цикла сгорания, который используют дизельные двигатели, известного как «дизельный цикл». Этот цикл также является четырехтактным, но детали того, как работает каждый процесс, отличаются от цикла Отто.
Ниже приведены четыре уникальных процесса сгорания, которые происходят в типичном бензиновом двигателе.
См. Также: Что произойдет, если залить бензин в дизельный двигатель?
# 1 — Ход впуска
Такт впуска является первой частью процесса внутреннего сгорания и в основном представляет собой вдыхание или дыхание двигателя. Что происходит? Есть шатун, который соединяет поршень с коленчатым валом.
Поршень перемещается сверху вниз при открытии впускного клапана. Оттуда поршень позволяет бензину и воздуху попадать в двигатель из цилиндра.
Такт впуска возникает, когда бензин смешивается с воздухом. Чтобы это работало, не обязательно много бензина. Просто небольшая капля бензина, смешанная с воздухом, создаст удар.
- Впускной клапан = Открыт
- Выпускной клапан = Закрыт
# 2 — Ход сжатия
После этого поршень движется вверх и сжимает смесь воздуха и бензина, придавая ему большую мощность. эффект.Это называется тактом сжатия.
- Впускной клапан = Закрыт
- Выпускной клапан = Закрыт
# 3 — Рабочий ход
Поршень в конечном итоге возвращается наверх после сжатия смеси воздуха и бензина. Как только это происходит, свеча зажигания разряжает искру, что приводит к воспламенению бензина.
Есть мини-взрыв внутри цилиндра, где бензиновый заряд все еще активен.Это известно как мощность или ход сгорания.
- Впускной клапан = Закрыт
- Выпускной клапан = Закрыт
# 4 — Ход выпуска
После взрыва поршень опускается вниз и открывает выпускной клапан. Весь выхлоп, который образовался в цилиндре, начинает выходить через выпускной клапан и выходит из выхлопной трубы автомобиля.
Двигатель совершил один оборот четырехтактного цикла сгорания.
- Впускной клапан = Закрыт
- Выпускной клапан = Открыт
Цикл повторяется снова и снова, когда вы нажимаете ногой на педаль газа для ускорения автомобиля. Если возникла проблема с одним из этих ходов, это предотвратило бы выполнение всего цикла сгорания. Либо это, либо постепенно повреждаются компоненты двигателя.
Некоторые автомобили могут иметь небольшие отличия в этом процессе, например, в количестве цилиндров.Но общая концепция осталась прежней.
См. Также: Как работает дизельный двигатель Common Rail
Принципы работы двигателя — ppt видео онлайн скачать
Презентация на тему: «Принципы работы двигателя» — стенограмма презентации:
ins [data-ad-slot = «4502451947»] {display: none! important;}} @media (max-width: 800px) {# place_14> ins: not ([data-ad-slot = «4502451947»]) {display: none! important;}} @media (max-width: 800px) {# place_14 {width: 250px;}} @media (max-width: 500 пикселей) {# place_14 {width: 120px;}} ]]>
1
Принципы работы двигателя Малые двигатели
2
Двигатель внутреннего сгорания
Это двигатель, в котором воздух и топливо сжигаются, а выделение этой энергии происходит внутри двигателя.Их работу можно разделить на компрессию, зажигание и карбюрацию.
3
Четырехтактный цикл Четырехтактный
Четыре события в работе четырехтактного двигателя: впуск, сжатие, мощность и выпуск. Каждое событие происходит при линейном перемещении поршня, которое называется ходом. Каждый цикл событий завершается после двух оборотов коленчатого вала.
4 Четырехтактный цикл Первым событием в работе четырехтактного двигателя является такт впуска.В начале такта впуска, когда поршень движется вниз, впускной клапан начинает открываться. Это позволяет воздушно-топливной смеси течь в камеру сгорания над поршнем. Верхняя точка выступа кулачка впускного клапана на распределительном валу повернулась, чтобы открыть впускной клапан, а выпускной клапан удерживается закрытым с помощью пружины клапана.
5 Четырехтактный цикл Движение поршня вниз создает частичный вакуум в камере сгорания.Топливно-воздушная смесь из карбюратора устремляется в камеру сгорания до тех пор, пока впускной клапан открыт, а давление в цилиндре ниже, чем давление на выходе из карбюратора. В нижней части хода поршня, в нижней мертвой точке (НМТ) распределительный вал поворачивается до тех пор, пока выступ кулачка больше не удерживает впускной клапан в открытом состоянии, и клапан закрывается пружиной клапана.
6
Четырехтактный цикл Второе событие — это ход сжатия.
Во время такта сжатия и впускной, и выпускной клапаны закрыты, и поршень движется вверх, сжимая топливно-воздушную смесь. Верхняя точка хода называется верхней мертвой точкой (ВМТ). Поршневые кольца образуют уплотнение между поршнем и стенкой цилиндра, предотвращающее утечку топливовоздушной смеси.
7
Четырехтактный цикл Третье событие — это рабочий ход.
Сжатие топливовоздушной смеси в камере сгорания увеличивает температуру смеси, облегчая воспламенение.Третье событие — это силовой удар. Впускной и выпускной клапаны закрыты. Когда поршень приближается или находится в верхней части хода, искра проскакивает через зазор свечи зажигания, воспламеняя нагретую и сжатую воздушно-топливную смесь.
8
Четырехтактный цикл Четвертое событие — такт выпуска.
Топливная смесь горит быстро, и расширяющиеся газы создают давление во всех направлениях. Поршень движется вниз, что, в свою очередь, приводит к вращению коленчатого вала.Четвертое событие — такт выпуска. Когда поршень достигает нижней точки рабочего хода, импульс маховика и коленчатого вала перемещает поршень вверх по цилиндру.
9 Четырехтактный цикл Выпускной клапан открывается верхней точкой выступа кулачка выпускного клапана на распределительном валу. Впускной клапан закрывается пружиной клапана. Сгоревшие или отработавшие газы вытесняются из камеры сгорания через выпускной клапан в выпускной канал.Когда поршень находится в верхней части своего хода в цилиндре, выпускной клапан закрывается. Один цикл событий завершен.
10
Двухтактный цикл, Двухтактный двигатель Первое событие:
Четыре события в работе двухтактного двигателя: впуск, сжатие, мощность и выпуск. Все эти события должны происходить, но во время каждого хода поршня происходит более одного события. Первое событие: топливовоздушная смесь сжимается в камере сгорания.
11 Двухтактный цикл Искра перескакивает через свечной промежуток, воспламеняя топливовоздушную смесь. Это снова заставляет поршень опускаться в цилиндре. При движении поршня вниз сначала открывается выпускной канал, а затем впускной канал. Поступающая воздушно-топливная смесь вытесняет выхлопные газы через выхлопное отверстие. Это называется уборкой мусора.
12 Двухтактный цикл Во время движения поршня вниз все события мощности были завершены, а часть событий впуска и выпуска была завершена.Поршень начинает движение вверх в цилиндре, закрывая впускное и выпускное отверстия, таким образом удерживая топливовоздушную смесь в камере сгорания. Четыре события завершаются буксировочными ходами, и коленчатый вал совершает один оборот (360).
Принцип работы дизельного … — Судовой двигатель Мьянмы
Принцип работы дизельного двигателя
Дизельный двигатель внутреннего сгорания отличается от бензинового цикла Отто тем, что для воспламенения топлива используется сжатый горячий воздух, а не свеча зажигания (воспламенение от сжатия, а не искровое зажигание).
В настоящем дизельном двигателе сначала в камеру сгорания вводится только воздух. Затем воздух сжимается со степенью сжатия обычно от 15: 1 до 23: 1. Это сильное сжатие вызывает повышение температуры воздуха. Примерно в верхней части такта сжатия топливо впрыскивается непосредственно в сжатый воздух в камере сгорания. Это может быть пустота (обычно тороидальная) в верхней части поршня или предварительная камера, в зависимости от конструкции двигателя.Топливная форсунка обеспечивает разбиение топлива на мелкие капли и равномерное распределение топлива. Тепло сжатого воздуха испаряет топливо с поверхности капель. Затем пар воспламеняется от тепла сжатого воздуха в камере сгорания, капли продолжают испаряться со своих поверхностей и гореть, становясь все меньше, пока все топливо в каплях не сгорит. Горение происходит при практически постоянном давлении во время начальной части рабочего такта.Начало испарения вызывает задержку перед воспламенением и характерный звук стука дизеля, когда пар достигает температуры воспламенения и вызывает резкое повышение давления над поршнем (не показано на диаграмме индикатора P-V). Когда сгорание завершено, газообразные продукты сгорания расширяются при дальнейшем опускании поршня; высокое давление в цилиндре опускает поршень вниз, передавая мощность на коленчатый вал. [67]
Наряду с высоким уровнем сжатия, позволяющим осуществлять сгорание без отдельной системы зажигания, высокая степень сжатия значительно увеличивает эффективность двигателя.Повышение степени сжатия в двигателе с искровым зажиганием, где топливо и воздух смешиваются перед входом в цилиндр, ограничено необходимостью предотвращения повреждения перед воспламенением. Поскольку в дизельном двигателе сжимается только воздух, а топливо не поступает в цилиндр незадолго до верхней мертвой точки (ВМТ), преждевременная детонация не является проблемой, а степени сжатия намного выше.
Диаграмма p – V — это упрощенное и идеализированное представление событий, участвующих в цикле дизельного двигателя, показывающее сходство с циклом Карно.Начиная с 1, поршень находится в нижней мертвой точке, и оба клапана закрыты в начале такта сжатия; в баллоне находится воздух атмосферного давления. Между 1 и 2 воздух сжимается адиабатически — то есть без передачи тепла в окружающую среду или из нее — поднимающимся поршнем. (Это верно только приблизительно, поскольку будет некоторый теплообмен со стенками цилиндра.) Во время этого сжатия объем уменьшается, давление и температура повышаются. При или чуть раньше 2 (ВМТ) топливо впрыскивается и сгорает в сжатом горячем воздухе.Выделяется химическая энергия, которая представляет собой впрыск тепловой энергии (тепла) в сжатый газ. Горение и нагревание происходят между 2 и 3. В этом интервале давление остается постоянным, поскольку поршень опускается, а объем увеличивается; температура повышается за счет энергии сгорания. В точке 3 впрыск топлива и сгорание завершены, и в цилиндре содержится газ с более высокой температурой, чем в точке 2. Между 3 и 4 этот горячий газ расширяется снова приблизительно адиабатически.Работа ведется в системе, к которой подключен двигатель. Во время этой фазы расширения объем газа увеличивается, а его температура и давление падают. На 4 открывается выпускной клапан, и давление резко падает до атмосферного (примерно). Это расширение без сопротивления, и оно не выполняет никакой полезной работы. В идеале адиабатическое расширение должно продолжаться, расширяя линию 3–4 вправо до тех пор, пока давление не упадет до давления окружающего воздуха, но потеря эффективности, вызванная этим расходом без сопротивления без сопротивления, оправдана практическими трудностями, связанными с его восстановлением.После открытия выпускного клапана следует такт выпуска, но это не показано на диаграмме. Если показано, они будут представлены петлей низкого давления внизу диаграммы. Если показано, они будут представлены в виде контур низкого давления внизу диаграммы. На этапе 1 предполагается, что такты выпуска и впуска завершены, и цилиндр снова заполнен воздухом. Система поршень-цилиндр поглощает энергию от 1 до 2 — это работа, необходимая для сжатия воздуха в цилиндре, и обеспечивается механической кинетической энергией, накопленной в маховике двигателя.Производительность работы достигается за счет комбинации поршень-цилиндр между 2 и 4. Разница между этими двумя приращениями работы — это указанная производительность работы за цикл и представлена областью, заключенной в петлю p – V. Адиабатическое расширение происходит в более высоком диапазоне давлений, чем при сжатии, потому что газ в цилиндре более горячий во время расширения, чем во время сжатия. По этой причине цикл имеет конечную площадь, а чистый объем работы за цикл положительный.
Книги по медицине и здоровью на Amazon.com
«Первес выпустил наводящую на размышления, красиво написанную и иллюстрированную книгу, которая стоит времени любого читателя, интересующегося тем, как работает мозг». — Апостолос П. Георгопулос, нейробиология и неврология Адама Ф. Карпентера, Университет Миннесоты, Ежеквартальный обзор биологии
«Первс провел свою карьеру на переднем крае декодирования нервной системы. Он постоянно выдвигает новые гипотезы, чтобы сделать чувство явлений, которые определяют нашу реальность, и эта книга стремится обнажить его проницательные рамки.»- Дэвид Иглман, доктор философии, нейробиолог из Стэнфорда, создатель
Мозг на PBS, автор бестселлеров New York Times
» В Мозги как двигатели ассоциации Дейл Первс создал хорошо сформулированный, очень доступный, провокационный Перспектива, которая побуждает читателя глубоко задуматься о механизмах поведения мозга, в то же время направляя его через чудесное путешествие по человеческим усилиям, которое привлекает внимание к актуальным открытиям
из биологии, психологии, физики и философии.Это путешествие поддерживает полностью эмпирическое объяснение функции мозга, которое отстаивает Дейл, и включает данные из его исследований зрительного и слухового восприятия, которые наверняка затронут интересы широкой аудитории »- Дэвид
Фитцпатрик, Институт нейробиологии им. Макса Планка Флориды
«За последние 20 лет Первес разработал теорию восприятия, которую он называет« полностью эмпирической стратегией ». В этой книге он дает ясное объяснение и всестороннюю защиту своих провокационных идей и рассматривает их в более широком эволюционном контексте.Помимо того, что он представляет широкий и общий интерес для
, он ставит перед биологами задачу выяснить, как мозг совершает замечательные подвиги, о которых свидетельствует Пёрвс ». — Джошуа Р. Сэнс, Гарвардский университет
Дейл Пурвес — почетный профессор нейробиологии Геллера в Университете Дьюка, куда он переехал в 1990 году в качестве основателя кафедры нейробиологии. Впоследствии он был директором Центра когнитивной неврологии Дьюка и директором программы
по неврологии и поведенческим расстройствам в Высшей медицинской школе Duke-NUS в Сингапуре.Его исследование было направлено на то, чтобы объяснить, почему мы видим и слышим то, что делаем. Он является членом Национальной академии наук, Американской академии искусств и наук и Национальной академии медицины.
Как работает бензиновый двигатель
(Обновлено 21 июля 2020 г.)
Бензиновый двигатель также называют бензиновым двигателем во многих частях мира. Слово «бензин» — это то, что британцы используют для описания бензинового двигателя. Они означают то же самое, что некоторые люди могут не осознавать, если они из Америки.
Бензиновый двигатель — это наиболее распространенный тип двигателя в транспортных средствах, которыми люди управляют каждый день. Он использует процесс внутреннего сгорания, который включает смешивание бензина и воздуха внутри камер цилиндров, а затем их зажигание для выработки тепловой энергии.
Это тип энергии, который позволяет автомобилю ускоряться в соответствии с требованиями, которые вы предъявляете к нему как к водителю. Здесь мы рассмотрим, как работает движок, а также немного его истории.
Связанные: 5 частей двигателя и их функции
Четырехтактный цикл бензинового двигателя
Помимо термина «бензиновый двигатель», этот тип двигателя можно описать еще одним термином « четырехтактный двигатель.Это название существует потому, что у бензинового двигателя есть четыре различных этапа, которые он проходит для возникновения процесса внутреннего сгорания.
Эти шаги называются штрихами. Ниже показано, что влекут за собой четыре такта двигателя.
Ход # 1
Первый ход двигателя — это всасывание наружного воздуха. Этот воздух нужен двигателю в составе топливовоздушной смеси.
Впускной клапан сначала откроется, чтобы воздух попал внутрь. Поршень в верхней части цилиндра движется вниз.Это создает силу, которая всасывает воздух в цилиндр.
Ход # 2
Второй ход — сжатие смеси. Когда воздух входит в цилиндр и смешивается с топливом, сила движущихся поршней заставляет смесь сжиматься.
Между тем выпускной и впускной клапаны остаются закрытыми. Важно, чтобы они оставались такими, иначе драгоценные газы и жидкости могут улетучиться и испортить весь процесс сгорания.
Ход # 3
Третий ход — это сам процесс сгорания, также называемый рабочим ходом.Именно здесь смесь воздуха и топлива будет фактически воспламеняться от искры, генерируемой свечой зажигания.
При успешном зажигании взрыв толкает поршень вниз в том месте, где он вращает коленчатый вал.
См. Также: Что такое двигатель Hemi?
Ход # 4
Четвертый ход относится к выпуску. Когда топливо горит в камере сгорания, оно генерирует распыленные частицы, которые более известны как выхлопные газы.
Поршень выталкивает эти выбросы из камеры сгорания через отверстие выпускного клапана.
Вот хорошая анимация, показывающая, как выглядит четырехтактный процесс:
История бензинового двигателя
Николаус Отто изобрел бензиновый двигатель и этот четырехтактный процесс. Он был немецким инженером, который запатентовал это изобретение и назвал его циклом Отто.
Некоторым людям легче запомнить его как четырехтактный или бензиновый цикл, потому что они более тесно связаны с процессом сгорания в бензиновом двигателе.В конце концов, в дизельном двигателе для описания процесса сгорания используется термин «дизельный цикл».