Из чего состоит мотор: блок, цилиндр, поршень, поршневые кольца и шатун

блок, цилиндр, поршень, поршневые кольца и шатун

Для будущего автомобильного механика, диагноста устройство двигателя автомобиля является одной из ключевых тем. Именно двигатель обеспечивает транспортное средство энергией, которая нужна для его движения. 

Чаще всего механизм запуска устройства двигателя автомобиля возможен за счёт применения бензина или дизеля (дизельного топлива). Сгораемое внутри мотора топливо продуцирует тепло, что приводит к увеличению температуры газов внутри цилиндра двигателя и росту давления газов. Подвижные части двигателя под их влиянием вступают в работу, и тепловая энергия преображается в механическую.

Базовые части двигателя

Чтобы хорошо понимать устройство двигателя автомобиля, важно разбираться, что из себя представляет блок, цилиндр, поршень, поршневые кольца и шатун.

Блок 

Металлическую основу мотора, остов называют блоком. Это корпусная деталь. Именно к блоку крепятся механизмы и отдельные части мотора и его систем.

Иногда можно встретиться с термином «блок», иногда – с терминами «блок двигателя», «блок цилиндров». Всё это одно и тоже.
Блок двигателя берёт на себя серьёзные нагрузки. Поэтому контроль качества при его изготовлении должен быть предельно высок. Огромное внимание уделяется как материалу, так и уровню точности изготовления детали. Для производства используются высокоточные станки.

Раньше блоки изготавливали из перлитного чугуна с легирующими добавками. Популярность чугуна при изготовлении блоков легко объяснима тем, что материал износостоек, стабилен по своим свойствам, малочувствителен к перегреву, адаптивен к ремонту. Сейчас некоторые производители также выпускают блоки из алюминиевого, магниевого сплава. В этом случае есть выигрыш, связанный с весом мотора. Это очень актуально для блоков моторов спорткаров.

Цилиндр 

Рядом с понятием «блок» стоит понятие «цилиндр». Под цилиндром подразумевается цилиндрическое отверстие, высверленное в блоке.  То есть это рабочая камера объёмного вытеснения.

Уплотнение верхней стороны цилиндра обеспечивает головка. Именно в ней находятся: 

• Клапаны. Обеспечивают (в процессе открытия-закрытия) поступление в цилиндр воздуха, топливовоздушной смеси. Также среди функций клапанов обеспечивают очистку камеры сгорания цилиндра от отработавших (выхлопных) газов. Закрытие клапанов и удержание их в таком состоянии обеспечивают клапанные пружины.
• Распредвалы (элементы привода клапанов). От них зависит то, как открываются клапаны, сколько времени они находятся в открытом состоянии
• Механизмы привода клапанов. Функция идентична. И, как видно, из названия – это привод клапанов. Но сами механизмы могут быть разными. Всё зависит от мотора: например, бензиновый, дизельный.

Цилиндр играет роль направляющего для поршня.

Поршень, поршневые кольца и шатун

Цилиндрическая деталь или совокупность деталей, которая преобразует энергию горения топливо в механическую энергию, называется поршнем.

В проточках на боковой поверхности поршня вставлены поршневые кольца. Благодаря им между поршнем и стенкой цилиндра создаётся уплотнение. Задача поршневых колец заключается в создании барьера для перетекания из камеры сгорания в картер коленчатого вала газов.

Среди задач поршня:

• Оказание силового воздействия на шатун.
• Отвод тепла от камеры сгорания.
• Герметизация камеры сгорания.

Подвижное соединение между поршнем и коленчатым валом обеспечивает шатун. Именно шатун передаёт силу движущегося поршня к вращающемуся коленчатому валу.

Коленчатый вал 

Коленчатый вал – это важная составляющая кривошипно-шатунного механизма. Кривошип коленчатого вала создает возвратно-поступательное движение поршня через шатун (подвижный элемент), то есть возвратно-поступательное движение поршня превращается в крутящий момент. Физически коленвал расположен в нижней части двигателя. Снизу коленвал прикрыт картером – самой внушительной неподвижной и полой частью двигателя, закреплённой на блоке сбоку. Визуально картер напоминает поддон.

Конструкция коленчатого вала состоит из несколько шеек (коренных и шатунных). Они соединены щеками, соединенных между собой щеками. Место перехода от шейки к щеке всегда является самым нагруженным у коленвала.

На коленчатый вал приходятся переменные нагрузки от сил давления газов.
Для того, чтобы не возникало осевых перемещений коленчатого вала, используется упорный подшипник скольжения. Он устанавливается на одной из шеек (средней или крайней).

Несколько важных терминов, касающихся устройства двигателя автомобиля

Камера сгорания –замкнутое пространство, где осуществляется воспламенение и горение топливовоздушной смеси. Сверху камера сгорания ограничена нижней поверхностью головки цилиндра, сбоку – стенками цилиндра, снизу –днищем поршня.
Толкатели клапанов, подъёмники –промежуточное звено, необходимое для передачи движения от распределительного вала к остальным частям механизма привода клапанов.
Коромысла (рокеры). Детали двигателя, функции которых заключаются в передаче движения от распределительного вала к клапанам.

Маховик. Деталь, ответственная за обеспечение равномерного вращения коленчатого вала. На цилиндрической устанавливается зубчатый венец. Он помогает провести пуск электростартера.

На схеме представлено расположение основных частей двигателя при рассмотрении его со стороны его задней части. На фланце коленчатого вала видны отверстия под болты, с помощью которых к фланцу крепится маховик с зубчатым венцом, или платина привода гидравлического трансформатора автоматической трансмиссии. Источник: Ford.

Автомобильные двигатели

Большинство двигателей автомобилей многоцилиндровые. Это значит при работе используется два или несколько цилиндров и два или несколько поршней.  

Автопром выпускает машины с 2-; 3-; 4-; 5-; 6; 8-; 10- и 12-цилиндровыми двигателями. 
Чем больше цилиндров у мотора, тем больше возможностей для увеличения мощности двигателя. Если нужен двигатель, предназначенный для езды по бездорожью либо машина, развивающая сверхвысокие скорости, актуально именно устройство двигателя автомобиля, ориентированное на большое количество цилиндров. Устройство двигателя с большим количеством цилиндров обеспечивает отличную равномерность вращения коленчатого вала, ведь угол поворота коленчатого вала при 10, 12 цилиндрах – очень небольшой.

Но у 2-х цилиндровых двигателей есть другое преимущество: самые лучшие показатели топливной эффективности.

Циклы двигателя

Устройство двигателя автомобиля всегда рассматривается в купе с его рабочим циклом.
Физически цикл – это периодически повторяющиеся процессы в каждом его цилиндре. Достаточно подробно разница между работой четырёхтактного и двухтактного двигателя отражена в нашей статье о двигателе внутреннего сгорания.

Сегодня мы остановимся на работе четырёхтактных моторов. Именно по четырёхтактному циклу работает большинство современных автодвигателей. Хотя сам принцип двигателя был изобретён Николаусом Отто в 19-м веке.

Поршень четырёхтактного двигателя совершает нисходящее и восходящее движение. Эта работа укладывается в один оборот коленчатого вала. При втором обороте коленчатого вала вновь повторяют эти движения.

1. Такт впуска (всасывания). Поступление в цилиндр двигателя свежего заряда: воздуха- от дизельного мотора бензинового двигателя с прямым вспрыском или топливовоздушной смеси, от газово-топливного двигателя, мотора с распределенным или центральным впрыском топлива, или газо-топливные двигатели). В результате разрежения, созданного поршнем, перепад давления между давлением в цилиндре и давление окружающего воздуха, заряд втягивается непосредственно в цилиндр.

2. Такт сжатия. Шатун толкает поршень. Поршень сжимает газообразный свежий заряд в цилиндре. Устройство дизельного двигателя настроено на то, чтобы температура сжатых газов должна достигла температуры воспламенения топлива. Если же речь идёт об устройстве газо-топливного, бензинового двигателя температура в конце такта сжатия достигать температуры воспламенения топлива не должна. Воспламенение производится от электроискрового разряда свечи зажигания.

3. Такт рабочего хода. Температура газов в цилиндре снижается, энергия горящих газов преобразуется в механическую энергию.

4. Такт выпуска отработавших газов. Поршень движется снизувверх. Отработавшие газы выходят из цилиндра через выпускной клапан.

Устройство двигателя автомобиля устроено так, что четыре такта повторяются циклично. Посредством маховика механическая энергия превращается во вращательное движение коленвала.

Модульное обучение автоосновам доступно при изучении электронных программ по профессиям. Удобный дистанционный формат обучения.

Двигатель мотоцикла.

Двигатель мотоцикла, мопеда, скутера, квадроцикла, снегохода и другой подобной мото-техники является агрегатом, преобразующим тепловую энергию сгораемого топлива в механическую работу, с помощью которой любое мото-транспортное средство (и не только) способно передвигаться.

В этой статье, больше рассчитанной на начинающих любителей мото-техники, я постараюсь подробно описать всё, что связано с двигателем внутреннего сгорания, устанавливаемого на серийную мото-технику.

Конечно же описать абсолютно все типы двигателей в одной статье нереально, и нельзя объять необъятное, да это и не нужно, так как поняв принцип работы простейшего мотоциклетного двигателя (двухтактного и четырёхтактного) любой мото-любитель впоследствии научится разбираться практически в любом моторе, даже самом современном.

 

 

Как уже было сказано выше, на мототехнике всех мировых производителей устанавливаются двигатели внутреннего сгорания, в которых тепловая энергия сгораемого бензина преобразуется в механическую работу, для придания вращения заднему колесу.

Ниже я подробно опишу принцип работы и общее устройство двигателя мотоцикла (двигателя внутреннего сгорания).

Принцип работы (рабочий процесс) и устройство двигателя мотоцикла.

Когда мы открываем краник бензобака (на современных мотоциклах стоит автоматический вакуумный кран) то топливо поступает в поплавковую камеру мотоциклетного карбюратора. Далее мы придаём движение поршню с помощью кикстартера (или нажимая кнопку электро-стартера) и движение поршня создаёт разряжение в цилиндре и в него из карбюратора начинает поступать горючая смесь, состоящая из засасываемого через воздушный фильтр воздуха и паров мелко распыленного бензина.

Горючая смесь начинает смешиваться с остатками отработавших газов (если мотор недавно работал) и образуется рабочая смесь, которая сжимается в камере сгорания с помощью поршня и затем сжатая смесь воспламеняется в нужный момент (2-3 мм до ВМТ) с помощью искры на свече зажигания.

Давление газов от сгораемого топлива начинает расширяться и двигать поршень вниз, а он в свою очередь передаёт движение через поршневой палец и шатун на коленвал двигателя мотоцикла. При этом поступательно-прямолинейное движение поршня (благодаря устройству кривошипношатунного механизма) преобразуется во вращательное движение коленчатого вала, который через моторную передачу и трансмиссию (коробку передач) передаёт вращение заднему колесу, которое двигает мотоцикл (или другую мото-технику).

Ну а преобразование тепловой энергии сгораемого топлива в механическую работу — это и есть рабочий процесс двигателя внутреннего сгорания, при этом, как было отмечено выше, поршень двигателя перемещается в цилиндре вниз-верх (о поршнях подробнее ниже). А крайние точки в верху и в низу, которые занимает поршень при перемещении в цилиндре мотора, называются мёртвыми точками — верхней и нижней (ВМТ и НМТ).

Верхняя мёртвая точка — это года поршень находится в верху у камеры сгорания, то есть когда поршень максимально удалён от оси коленвала. Ну а нижняя мёртвая точка — когда поршень находится в самом низу — то есть минимально удалён от оси коленчатого вала. Ну а расстояние от верхней мёртвой точки до нижней называется рабочим ходом поршня, а процесс, который происходит за один ход поршня называют тактом.

Исходя из вышеописанного, если рабочий процесс двигателя мотоцикла (или иного транспортного средства) совершается за два хода поршня, то такой двигатель называется двухтактным. Ну а если рабочий процесс совершается за четыре хода поршня, то такой мотор называется четырёхтактным. Более подробно о двухтактном и четырёхтактном двигателях я напишу ниже, а пока следует написать ещё несколько важных моментов, касающихся обоих типов двигателей.

Объём, который образуется над поршнем, когда он находится в верхней мёртвой точке, называется объёмом камеры сгорания (или объёмом камеры сжатия). И чем меньше этот объём, тем выше степень сжатия двигателя (о степени сжатия я ещё скажу ниже), и больше максимальные обороты двигателя и тем более высокооктановый бензин требуется для работы такого мотора.

А объём цилиндра двигателя, от нижней мёртвой точки до верхней (полный ход поршня), называется рабочим объёмом цилиндра и измеряется в кубических сантиметрах в странах СНГ и Европы, и в кубических дюймах (инчах) в странах Америки. Если двигатель не одноцилиндровый, а имеет несколько цилиндров (многоцилиндровый) то рабочим объёмом многоцилиндрового двигателя считается сумма объёмов всех цилиндров.

Кстати, рабочий объём многоцилиндровых большекубатурных моторов измеряется не только в кубических сантиметрах, его проще считать в литрах (и называется литражом двигателя). А сумма рабочего объёма цилиндра и объёма камеры сгорания считается полным объёмом цилиндра. Ну а отношение полного объёма цилиндра к объёму камеры сгорания называют степенью сжатия.

Ну и ещё одно понятия, связанное с моторами и которым больше всего интересуются при выборе мотоцикла — это мощность. Мощностью называется работа, которая совершается в единицу времени и измеряется в лошадиных силах.

двигатель мотоцикла: А — одноцилиндровый двухтактный, Б — опозитный четырёхтактный двигатель Уралов и Днепров, В — двухцилиндровый двухтактный двигатель типа ИЖ-Юпитер, 1 — цилиндр, 2 — поршень, 3 — шатун, 4 — коленвал, 5 — картер.

 

 

 

Двигатель мотоцикла (или другого транспортного средства) имеет кривошипно-шатунный механизм, именуемый коленчатым валом (см. рисунок 1) газораспределительный механизм, систему смазки, системы питания и зажигания, ну и систему охлаждения (воздушную или жидкостную) и о всех этих системах будет описано в этой статье, или даны ссылки на другие статьи, так как мне нет смысла повторять то, что уже есть на сайте.

 

 

 

 

Но вначале мы подробнее рассмотрим рабочий процесс двух и четырёхтактного двигателя и разберём чем они отличаются.

Рабочий процесс и особенности двухтактного двигателя мотоцикла.

В двухтактном двигателе внутреннего сгорания рабочий процесс осуществляется всего за два хода поршня — см. рисунок 2 и газораспределение совершается с помощью поршня. Рабочий процесс двухтактного двигателя осуществляется так: когда поршень двигается вверх, то продувочное (перепускное) и выпускное окна открыты, а впускное окно закрыто поршнем.

Двухтактный двигатель мотоцикла — рабочий процес

При этом в цилиндре двухтактного двигателя осуществляется процесс перепуска из картера свежей смеси и выпуск отработанных газов. А в конце хода поршня (см. рисунок 2 б) совершается сжатие рабочей смеси воздуха и паров бензина в цилиндре, а в картере двигателя происходит впуск свежей смеси. Ну а далее, сжатая поршнем рабочая смесь воспламеняется в нужный момент с помощью свечи зажигания и далее происходит сгорание сжатой смеси.

Расширяясь газы давят на поршень и он двигается вниз (см. рисунок 2 в), совершая рабочий ход, при этом продувочное (перепускное) и выпускные окна закрыты, а впускное окно открыто. Далее в цилиндре двухтактного двигателя мотоцикла заканчивается сгорание рабочей смеси и при рабочем ходе поршень продолжает движение вниз.

В картере двухтактного мотора заканчивается процесс впуска свежей смеси и движущимся вниз поршнем закрывается впускное окно и начинается предварительное сжатие горючей смеси в картере (см. тот же рисунок 2 в).

Затем, во второй половине хода поршня вниз, продувочное (перепускное) и выпускные окна открыты (см. рисунок 2 а), а впускное окно закрыто поршнем. При этом происходит продувка, с помощью которой свежая горючая смесь способствует очистке цилиндра от отработавших газов, которые выходят через открытое выпускное окно (окна). Ну и опять же в картере двухтактного двигателя происходит предварительное сжатие горючей смеси и перепускание её в цилиндр (перепускание из картера в цилиндр показано стрелочками на рисунке 2 а).

Кстати, продувка в двухтактных двигателях (по расположению окон) может быть поперечной и возвратно-петлевой. Поперечная продувка — это когда перепускные и выпускные окна располагаются напротив друг друга (диаметрально противоположно). А на старых двигателях на донышке поршня имелся специальный гребень (своеобразный отражатель на поршне), с помощью которого свежая смесь направляется вверх и вытесняет из цилиндра мотогра отработанные газы.

Цилиндр двухтактного двигателя мотоцикла: 1 — впускной канал, 2 — выпускной патрубок, 3 — перепускной (продувочный) канал.

 

 

 

Позже, на более современных двухтактных двигателях от гребня отказались, так как обороты возросли и требовался уже более лёгкий поршень (а гребень его утяжелял). Ну и гребень оказался ненужным,так как начали применять возвратно-петлевую двухканальную (или многоканальную) продувку (см. рисунок 3).

 

При такой продувке, как видно из рисунка 3, выпускные и продувочные окна начали располагать на одной стороне цилиндра и свежая горючая смесь отражаясь возвратным потоком, выдувает отработанные газы.

Рабочий процесс четырёхтактного двигателя мотоцикла.

Как понятно из названия, в четырёхтактном двигателе рабочий процесс происходит за четыре хода поршня, и рабочий процесс (все такты) показан на рисунке 4. Но сначала следует сказать, что основное отличие четырёхтактного двигателя от двухтактного заключается не только в количестве тактов, а ещё и тем, что в четырёхтактном моторе газораспределение осуществляется не поршнем (как в двухтактном двигателе), а с помощью клапанного механизма.

Четырёхтактный двигатель мотоцикла — рабочий процесс.

Более современные и форсированные моторы имеют не два, а четыре клапана на каждый цилиндр, но о системе газораспределения мы более подробно поговорим чуть позже. А сначала подробно рассмотрим рабочий процесс четырёхтактного двигателя мотоцикла.

Первый такт — это такт впуска, при котором поршень в цилиндре движется вниз от ВМТ до НМТ. При этом открыт впускной клапан и горючая смесь поступает через него в цилиндр двигателя, а выпускной клапан закрыт.

Второй такт — это такт сжатия. Когда поршень минует нижнюю мёртвую точку и начнёт движение вверх к ВМТ, начинается второй такт — такт сжатия рабочей смеси. К этому моменту впускной клапан успел закрыться и выпускной клапан также остаётся закрытым (оба клапана закрыты и происходит сжатие горючей смеси).

Ну и почти в самом конце такта сжатия, когда поршень немного не дошёл до ВМТ (примерно — 2 — 3 мм, у всех моторов угол опережения немного разный) происходит разряд между электродами свечи зажигания и электрическая искра поджигает сжатую горючую смесь.

Третий такт — это такт расширения — рабочий ход. Сжатая горючая смесь быстро сгорает, горючие газы расширяются и с силой толкают поршень вниз (от ВМТ до НМТ) при этом происходит рабочий ход, то есть третий такт расширения и работы. И именно в третьем такте происходит преобразование энергии сгораемого топлива в механическую работу.

Четвёртый такт — это такт выпуска, при котором поршень двигается от НМТ до ВМТ и при этом впускной клапан остаётся закрыт, а выпускной уже открывается. При полностью открытом выпускном клапане и при подошедшем вверх поршне происходит удаление из цилиндра и камеры сгорания отработанных газов в окружающую среду.

Недостатки и преимущества одноцилиндрового четырёхтактного двигателя мотоцикла.

Четырёхтактные одноцилиндровые моторы имеют как плюсы, так и минусы.

Их недостатков следует отметить:

1. Работают толчками (немного неравномерно, хотя в этом есть своя фишка) так как из всех четырёх тактов, за два оборота коленвала, происходит только один рабочий такт, при котором двигатель совершает работу. А при остальных трёх вспомогательных тактах энергия расходуется и поэтому четырёхтактные моторы имеют немного меньшую мощность, чем двухтактные (при одинаковых параметрах).
2. Происходит прерывистость процессов наполнения свежей горючей смесью и выпуска отработанных газов. И каждый из этих процессов осуществляется в течении всего одного из четырёх тактов, а затем прекращается. Это ухудшает очистку от отработанных газов и так же ухудшает наполнение свежей горючей смесью.
3. Обладают недостаточно быстрой способностью увеличивать число оборотов и от этого обладают недостаточной приёмистостью (при одинаковых параметрах по сравнению с двухтактными моторами). Но на современных моторах, благодаря большему количеству клапанов (и цилиндров) некоторые из недостатков почти полностью устранены.

И преимуществ четырёхтактных двигателей мотоциклов (и автомобилей) следует отметить основные:

1. Гораздо лучшая экономичность, по сравнению с более прожорливыми двухтактными моторами.
2. Больший ресурс колец и поршней (так как в цилиндре нет окон) и более лёгкий ремонт.
3. Повышается проходимость мотоцикла или иной мототехники по бездорожью, так как четырёхтактные одноцилиндровые моторы имеют хорошую тягу на низах, несмотря на свою неравномерность работы, особенно на малых оборотах (толчками).
4. Более экологически чистые двигатели (по сравнению с двухтактниками, которые уже запрещены и не вписываются в нормы Евро по экологии).

Далее будут рассмотрены основные детали двигателя мотоцикла.

Начнём с кривошипно-шатунного механизма. Этот механизм не только воспринимает большое давление расширяющихся при горении рабочей смеси газов, но главное назначение этого механизма — это преобразование прямолинейного движения  поршня в цилиндре во вращательное движение коленвала.

Также двигатель мотоцикла состоит из цилиндра, его головки, поршня с поршневыми кольцами, шатуна, маховика, коленчатого вала (тот же кривошип) и картера.

Цилиндр двигателя предназначен для направления движения поршня. Вместе с поршнем и головкой цилиндра он образует замкнутую камеру, в которой и происходит рабочий процесс.

Цилиндр мотоцикла Урал с вырезом внизу под маслоподающую трубку.

Изготавливают цилиндры из чугунных отливок, а более современные из алюминиевых сплавов, с вставленными чугунными гильзами. А самые современные цилиндры не имеют чугунной гильзы, а алюминиевый цилиндр покрыт износостойким никасилевым покрытием, или ещё более современным керонайтом (наносят гальваническим способом).

Внутренняя поверхность цилиндра для уменьшения трения шлифуется, а для лучшего удержания масла на стенках цилиндра — хонингуется (о хонинговке цилиндра мотоцикла читаем здесь, а про восстановление никасилевого цилиндра читаем тут) .

Цилиндры двухтактных двигателей в гильзе имеют окна, в которые выходят перепускные, впускные и выпускные каналы. Также на цилиндрах двухтактных моторов имеется патрубок (или два патрубка) с резьбой (или фланец), для крепления выпускной трубы, а так же имеется фланец для крепления карбюратора (на современных двухтактниках фланец карбюратора находится непосредственно на картере, а не на цилиндре, так как впуск горючей смеси происходит через лепестковый клапан прямо в полость картера.

А у цилиндров четырёхтактных моторов окна и каналы отсутствуют, так как газораспределение происходит в головке двигателя с помощью клапанного механизма (о системе газораспределения я напишу ниже).

Головка цилиндра изготавливается из алюминиевого сплава и крепится сверху на цилиндре двигателя. Внутренняя поверхность головки, в районе стыковки с цилиндром, имеет сферическую поверхность и образует камеру сгорания, в которой имеется резьбовое отверстие для свечи зажигания.

Головки двухтактных двигателей мотоциклов имеют простую конструкцию, и кроме рёбер для охлаждения, свечного отверстия и сферической камеры сгорания в них больше ничего нет (ну и плоскость для стыковки с цилиндром двигателя).

А головки цилиндров четырёхтактных двигателей более сложная по конструкции, так как в ней имеется механизм газораспределения. Так же имеются впускные и выпускные каналы, сёдла клапанов, ещё есть направляющие втулки клапанов, опоры коромысел для привода клапанов, отверстия для штанг (на более современных четырёхтактниках штанги отсутствуют, так как клапана открываются непосредственно от действия кулачков распредвала).

Для стыковки нижней плоскости головки и верхней плоскости цилиндра делается идеально ровная поверхность и при сборке используется медная прокладка, а на многоцилиндровых моторах как правило используется прокладка из армированного полотна, насыщенного графитом.

Поршень (или поршни) двигателя мотоцикла, или любой другой техники является одной из наиболее важных деталей, так как он воспринимает значительные нагрузки от давления газов, а так же передаёт усилие от давления расширяющихся газов на шатун, ну и кроме того поршень движется в цилиндре с большой скоростью (особенно на максимальных оборотах).

А в двухтактных моторах поршень ещё осуществляет процесс газораспределения, перекрывая или открывая окна в цилиндре. Разумеется поршень (или поршни) должен быть изготовлен из качественного поршневого сплава и иметь точно изготовленную геометрическую форму. На современных (или форсированных) двигателях мотоциклов или автомобилей устанавливают более прочные кованные поршни, о которых можно подробно почитать вот здесь и вот тут.

Поршень двигателя мотоцикла: 1 — компрессионное кольцо, 2 — донышко поршня, 3 — поршневой палец, 4 — стопорное кольцо, 5 — бобышка, 6 — шатун, 7 — юбка поршня.

Поршень двигателя показан на рисунке 5 и имеет днище, юбку и бобышки, ну а днище может быть выпуклым, плоским или фасонным. Выпуклое днище считается более прочным, уменьшает нагарообразование, но у четырёхтакных моторов в выпуклом днище приходится делать выточки для клапанов.

Плоское днище менее прочное, но изготовить его проще. Ну и фасонное днище поршня изготавливалось в 50 — 60 годах прошлого века и применялось на двухтактных моторах некоторых мотоциклов и мотороллеров (например ВП-150 или ВП-150М) и изготавливалось в виде отражателя гребня (см. рисунок 2 выше), обеспечивающего поперечную продувку в старых двухтактных двигателях.

Поршень имеет канавки (две, три в двухтактных, или три, четыре канавки в четырёхтактных моторах) в которые устанавливают поршневые кольца с помощью специальных приспособлений. А в отверстия бобышек 5 вставляется поршневой палец, на который надевается верхняя головка шатуна.

Поршень двигателя мотоцикла или другой техники имеет не просто ровную форму цилиндра. Так как в процесае работы двигателя все детали, в том числе и поршень нагреваются и конечно же расширяются (тепловое расширение). А поршень нагревается и расширяется неодинаково по всей своей длине, ведь в верхней части он греется больше, а значит и расширяется больше, а в нижней части меньше.

Ну а чтобы обеспечить одинаковый рабочий зазор между поршнем и стенками цилиндра двигателя, поршень изготавливают немного конусным (к низу конус расширяется). А в районе бобышек поршень делают немного овальным. Конус и овал делают в пределах соток и геометрия конуса и овала зависит от материала, из которого изготавливают поршень.

Поршневые кольца 1 показаны на рисунке 5 и на рисунке справа чуть ниже (о усовершенствовании поршневых колец читаем тут) надевают в канавки поршня и кольца бывают компрессионные и маслосъёмные. Компрессионные кольца уплотняют зазор между поршнем и стенками цилиндра, а маслосъёмные поршневые кольца используют только в четырёхтактных моторах, для снятия излишков моторного масла, которые через отверстия в маслосъёмных кольцах и поршне сливаются обратно в картер двигателя.

Замер зазора в замке поршневого кольца.
1 — цилиндр, 2 — кольцо, 3 — щуп.

Ну а для того, чтобы поршневые кольца были упругим, при их изготовлении заготовку кольца разрезают, затем делают определённый зазор, затем сжимают в специальной оправки и снова обрабатывают. Место на кольце в районе разреза называется замком, ну а зазор в замке у поршневых колец должен быть не более 0,1 — 0,5 мм (у большекубатурных моторов чуть больше).

Чтобы исключить прорыв газов при работе мотора, поршневые кольца устанавливают на поршень так, чтобы замки колец не располагались один под другим (например если три кольца, то замки располагают под 120º по отношению друг к другу). А чтобы исключить проворот колец в канавках и поломку их от попадания в окна в двухтактных двигателях, в канавках поршней двухтактников запрессовывают стопорные штифты.

А чтобы кольцо плотнее легло, на концах замков с внутренней стороны вырезают выточки. Изготавливают кольца из специального серого чугуна, а на некоторых моторах (например спортивных) кольца делают из качественной стали и верхнее кольцо хромируют.

Поршневой палец 3 (см. рисунок 5) предназначен для шарнирного соединения поршня и шатуна. Палец изготавливают из качественной стали и его наружная поверхность подвергается закалке и цементации, чтобы исключить быстрый износ. Ну а чтобы предотвратить осевое смещение пальца в бобышках, в них делают специальные проточки, в которые вставляются стопорные кольца из упругой стали (в некоторых моторах, там где палец прессуется в бобышках с натягом, стопорные кольца не используют).

Шатун. Показан на рисунке 5 под цифрой 6, а так же на фото справа. Очень подробно о шатунах и какие они бывают, я написал отдельную статью и желающие могут почитать её вот здесь. Ну а в этой статья я напишу лишь основное.

шатуны импортных мотоциклов и мотоцикла Днепр

Шатун в двигателе мотоцикла, да и в любом двигателе внутреннего сгорания соединяет поршень с коленчатым валом и состоит из верхней головки шатуна, которая через бронзовую втулку (или игольчатый подшипник) и поршневой палец шарнирно соединяется с поршнем. Так же шатун состоит из стержня (как правило двутаврового сечения), ну и из нижней головки, которая соединяется с шейкой коленчатого вала через подшипник скольжения (вкладыш) или через подшипник качения.

Если нижняя головка шатуна неразъёмная, то она соединяется с шейкой коленвала (с пальцем) с помощью роликового подшипника качения (как у большинства отечественных двухтактных мотоциклов и мопедов). На двигателях, у которых имеется масляный насос и система смазки под давлением, то нижняя головка делается разъёмной (из двух половинок) и стягивается болтами и гайками ну и в качестве подшипников используются подшипники скольжения — так называемые тонкостенные вкладыши коленвала.

Для смазки нижней и верхней головки шатуна в двухтактных двигателях применяется масло в смеси с бензином. А у двигателей с вкладышами масло подаётся к нижней головке (и вкладышам) под давлением, создаваемым масляным насосом (например как в двигателе мотоцикла Днепр и большинства иномарок с четырёхтактными моторами), а к верхней головке шатуна масло подаётся с помощью разбрызгивания.

Верхняя головка шатуна.
А качественная поверхность для поршневого пальца, Б — грубая поверхность из за неровностей быстро покрывается коррозией.

На некоторых мотоциклах (например отечественных К-750, Урал, М- 72) смазка нижних головок шатунов производится моторным маслом, поступившим с помощью разбрызгивания в специальные масло-уловители коленчатых валов, из которых далее масло, под действием центробежных сил, поступает через специально просверленные каналы к шатунным шейкам и к роликовым подшипникам нижней головки шатуна.

 

Маховик. Маховик в двигателе предназначается для равномерного вращения коленвала, а так же для облегчения пуска двигателя и трогания мотоцикла с места. В четырёхтактных двигателях мотоциклов маховик является отдельной деталью, насаживаемой на коническую цапфу коленвала и так же маховик является основой для крепления механизма сцепления.

О балансировке коленвала вместе с маховиком (в гаражных условиях) я написал отдельную статью, которую желающие могут почитать вот тут. Ну а в двухтактных двигателях маховик представляет собой составную часть коленчатого вала (так называемые щёки коленвала, или противовесы).

Коленчатый вал Он служит в двигателе для восприятия усилия от поршня (или поршней, если двигатель многоцилиндровый) и шатуна, преобразования поступательного движения поршня во вращательное движение моторной передачи и далее передачи усилия на трансмиссию, ну и далее на ведущее колесо мотоцикла, или другого транспортного средства. Как выбрать коленчатый вал в магазине и не купить подделку я подробно описал вот тут.

Коленвал двухцилиндрового отечественного оппозитного двигателя (к-750, м-72)

Коленчатые валы бывают цельные ( литые или кованные, например как в двигателе мотоцикла Днепр) — на большинстве мотоциклов с четырёхтактными многоцилиндровыми двигателями у которых в нижней головке шатуна используются вкладыши коленвала.

Так же коленчатые валы бывают составные (например как на мотоцикле Урал и на большинстве двухтаткных отечественных мотоциклов и мопедов). Составные коленчатые валы используют если в нижней головке шатуна устанавливаются роликовые подшипники качения. Подробно о продлении ресурса и ремонте составного коленвала я подробно описал вот в этой статье.

Коленчатый вал двигателя мотоцикла (и другой мототехники) имеет коренные шейки (так называемые цапфы), а так же шатунные шейки (так называемый палец нижней головки шатуна), ну и щёки и противовесы, которые уравновешивают вращаюшиеся массы кривошипного механизма.

На большинстве отечественных (и некоторых импортных) двухтактных мотодвигателях щёки, противовесы и маховики изготовлены в виде одной цельной детали. Ну а шатунная шейка (нижней головки шатуна) и две щеки образуют деталь, называемую кривошип (или кривошипно-шатунный механизм).

На двигателях, у которых в нижней головке шатуна используются роликовые подшипники качения коленчатые валы составные в которых детали спрессовываются между собой. Например на двигателях ИЖ Планета, Восход, Минск (и другие одноцилиндровые двухтактные отечественные моторы) коленвалы состоят из двух маховиков, шатунной шейки (пальца) и двух коренных шеек) цапф коленвала).

Ну а коленчатые валы у двухцилиндровых двухтактных отечественных мотоциклах (например двигатель ИЖ Юпитер) состоят из двух валов, которые соединены массивным маховиком. Так же коленчатые валы большинства мопедов и скутеров (как импортных, так и отечественных) состоят из двух щёк с противовесами, одной шатунной шейки и двух коренных шеек коленвала.

Все эти валы спрессованы и для замены изношенного роликового подшипника разбираются только при капитальном ремонте коленвала, о котором можно почитать здесь, или вторую статью, перейдя по ссылке выше.

Картер двигателя. Картер служит для монтажа почти всех деталей двигателя, кривошипно-шатунного механизма, цилиндра (или блока цилиндров у многоцилиндровых моторов), механизма газораспределения, для крепления коробки передач и для моторной передачи, ну и конечно же для защиты всех внутренних деталей от пыли, воды и грязи.

Отполированный картер оппозитного двигателя (и коробка передач).

Картеры мотоциклов бывают сухого типа (например у мотоциклов Харлей Девидсон — фото выше), у которых масляный насос и масляный бак расположены отдельно от картера (о таких подробнее читаем тут). И бывают мокрого типа, у которых масляный насос расположен внутри картера, и моторное масло расположено в поддоне под картером и такие моторы наиболее распространены (все отечественные четырёхтактные двигатели и многие импортные).

Но следует отметить, что у двухтактных двигателей картеры являются так называемыми насосными камерами, куда поступает горючая смесь из карбюратора, там же в картере смесь предварительно сжимается и далее поступает в цилиндр двигателя. И поэтому картеры двухтактных двигателей должны иметь повышенную герметичность (всегда исправный сальник коленвала) и иметь сообщение с атмосферой только во время подачи горючей смеси из карбюратора.

Так же следует уточнить, что у двухтактных двухцилиндровых моторов (например отечественные двигатели ИЖ Юпитер) в картере имеются две разделённые камеры для каждого из цилиндров. Эти две разделённые камеры хорошо изолированны друг от друга, для того, чтобы не нарушалось газораспределение в каждом отдельном цилиндре.

При работе двигателя в картере создаётся повышенное давление и чтобы моторное масло не вытеснялось наружу (например через плоскости разъёма картера, заливные и сливные пробки, подшипники и валы, винты и т.д.) между плоскостями картера, между фланцами цилиндров и их головок, между пробками и другими деталями устанавливают уплотнительные прокладки, а у подшипников коренных шеек коленвала и распредвала устанавливают сальники (о сальниках коленвала читаем тут, а о сальнике распредвала читаем здесь).

При установке сальников их устанавливают так, чтобы пружина, стягивающая уплотнительную кромку, находилась со стороны повышенного давления (со стороны внутренней полости картера). Ну и для повышения герметичности сливной и заливной пробок под них устанавливают прокладки (резиновые колечки) и после слива или заливки масла пробки плотно затягивают.

Механизм газораспределения двигателя мотоцикла.

Этот механизм обеспечивает впуск в цилиндр (или в цилиндры) двигателя свежей горючей смеси и выпуск отработанных газов. В двухтактных двигателях мотоциклов, мотороллеров и мопедов (скутеров) применяется бесклапанное газораспределение с помощью поршня. А в четырёхтактных моторах газораспределение осуществляется с помощью клапанного механизма.

Бесклапанное газораспределение. Это газораспределение осуществляется на двухтактных моторах и здесь, как было отмечено выше, впуск горючей смеси, а так же перепуск её из картера двигателя в цилиндр и выпуск отработанных газов осуществляется поршнем. Поршень, как золотник открывает и закрывает окна при движении верх-вниз и таким образом регулирует газораспределение в двухтактных моторах.

Клапанное газораспределение. При таком газораспределении впуск горючей смеси и выпуск отработанных газов происходит через каналы в головке двигателя и эти каналы открываются и закрываются в нужный момент с помощью клапанов, плотно прилегающих к сёдлам (седло клапана — это опорная коническая поверхность к которой примыкает, при закрытии клапана, тарелка клапана — о сёдлах клапанов и о восстановлении изношенных сёдел читаем тут).

Клапаны (как правило два на цилиндр) могут иметь нижнее расположение, при котором клапана устанавливаются в цилиндре (например антикварные отечественные моторы М-72 или К-750). Или верхнее расположение, при котором клапана устанавливают в головке цилиндра, как на двигателе мотоцикла Днепр или Урал, да и вообще всех современных двигателей мотоциклов. А у самых современных моторов имеются не два клапана, а четыре и даже пять.

Механизм газораспределения нижнеклапанного двигателя мотоцикла (типа К-750): 1 — шестерня коленвала, 2 — шестерня распределительного вала, 3 — направляющая втулка клапана, 4 — клапан, 5 — толкатель клапана, 6 — распредвал, 7 — кулачок.

При нижнем расположении (см. рисунок 6) механизм состоит из впускных и выпускных клапанов с пружинами, а также имеется распределительный вал 6, кулачки 7 которого при вращении отжимают толкатели 5, а те в свою очередь давят на торец стержня клапана.

Ну а привод (вращение) распредвала осуществляется с помощью шестерни 2, насаженной на распредвал, а вращает её шестерня 1, насаженная на коленвал. Шестерня 1 имеет в два раза меньшее количество зубьев, чем шестерня 2, и поэтому распредвал вращается в два раза медленнее, чем коленвал.

При верхнем расположении клапанов, показанном на рисунке 7 (на более современных мотоциклах), клапана расположены в головке и кроме перечисленных выше деталей ещё имеются коромысла 2 и штанги 3 (например как на моторах Уралов и Днепров).

Механизм газораспределения верхнеклапанного двигателя с нижним распредвалом.

 

 

А на более оборотистых самых современных мотоциклах штанги и коромысла отсутствуют (так как они бы на больших оборотах зависали бы), а на торец клапана давит сам кулачок (через регулировочную шайбу или через гидравлические толкатели).

 

Подробнее о деталях механизма газораспределения читаем ниже.

Клапаны 4 или 7 (см. рисунки 6 и 7 выше) нужны в двигателе для открытия или закрытия в нужные моменты впускные и выпускные каналы в головке и клапан состоит из тарелки и стержня. Тарелка клапана имеет конусную фаску, которая у отечественных двигателей мотоциклов имеет 45 градусов по отношению к стержню клапана. Ну а клапанная пружина обеспечивает посадку тарелки клапана на его седло при закрытии, и удерживает клапан в закрытом состоянии.

Толкатели 5 или 4 (см. рисунки 6 и 7 выше) передают усилие от распредвала на торец стержня клапана (при нижнеклапанном механизме), а при верхнеклапанном механизме толкатели передают усилие на штангу, а штанга уже через регулировочный болт толкает торец клапана. У более современных двигателей имеются гидравлические толкатели, которые под действием давления масла автоматически корректируют нужный клапанный зазор.

Толкатели у нижнеклапанных моторов с одной стороны имеют резьбовое отверстие, для регулировочного болта (для регулировки клапанов). А толкатель у верхнеклапанных моторов имеет сферический наконечник для опоры штанги, а с другой стороны толкатель как нижнеклапанного, так и верхнеклапанного двигателя мотоцикла имеет плоскую твёрдую поверхность для опоры в кулачок распределительного вала.

При работе любого двигателя стержень клапана и другие детали нагреваются и вследствии теплового расширения стержень клапана удлиняется. От этого тарелка клапана после нагрева уже не будет плотно прилегать к своему седлу и нормальная компрессия нарушится. Чтобы этого не происходило и клапаны плотно закрывались как в холодном состоянии, так и после нагрева, между клапаном и толкателем (или между клапаном и коромыслом) в холодном состоянии делается при регулировке клапанов тепловой зазор.

Распределительный вал предназначен для открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов в нужный момент (в определённой последовательности). Распределительный вал, как двигателя мотоцикла, так и любого другого транспортного средства, имеет такое же количество кулачков, как и клапанов.

Также распредвал имеет опорные шейки, для посадки в подшипники (скольжения или качения) и шейку с шпоночным пазом для насаживания приводной шестерни 2 (см рисунок 6 выше).

Спереди распредвала тяжёлых отечественных мотоциклов имеется кулачок, для размыкания контактов в прерывателе распределителя зажигания. Там же имеется опорная поверхность для насаживания бегунка (ротора с грузиками опережения зажигания).

Также на распределительном валу (с другой стороны) имеется червячная шестерня привода масляного насоса (например на тяжёлых отечественных мотоциклах К-750 М, М-72, М63). Кстати, чтобы увеличить ресурс распределительного вала, его следует немного доработать (подробнее об этом читаем тут).

Штанги — эти детали имеются не на всех двигателях, а только на моторах с нижним расположением распредвала (например на наших отечественных верхне клапанных тяжёлых мотоциклах Урал и Днепр). На более оборотистых и современных двигателях с расположением распредвала (или распредвалов) в головке, штанги отсутствуют за ненадобностью.

Штанги представляют собой дюралюминиевые трубки или прутки, на концах которых напрессованы стальные и закаленные наконечники с сферической поверхностью на конце. Ответные сферические поверхности сделаны на концах коромысел и торцах толкателей, в которые и опираются наконечники штанг.

Коромысла показаны цифрой 2 на рисунке 7 чуть выше и они служат для передачи усилия от штанги к торцу стержня клапана (для открытия клапанов) и представляют собой двухплечий рычаг, посаженный на ось. На одном конце коромысла сделано резьбовое отверстие, в которое вкручивается регулировочный винт с контргайкой, а на другом имеется сферическая опора для упора торца штанги.

Ну и на любом двигателе мотоцикла, или любой другой мото-техники ещё имеется механизм сцепления, а так же система смазки и система питания, о которых я не буду писать в этой статье, так как об этом я уже очень подробно написал в нескольких статьях, ссылки на которые будут даны чуть ниже.

Скажу лишь что система питания состоит из топливного бака, бензо-провода, бензо-краника, карбюратора мотоцикла, топливного и воздушного фильтров. У более современных мотоциклов система питания оснащена впрыском топлива и об обслуживании инжекторных мотоциклов желающие читают тут.

Ну а смазочная система в двухтакных отечественных двигателях простейшая, так как бензин просто разбавляется маслом в бензобаке, а в более современных двухтактных моторах имеется отдельный масляный бачок, из которого масло, с помощью плунжерного масляного насоса, впрыскивается в диффузор карбюратора, где и смешивается с бензином.

А система смазки четырёхтактных двигателей состоит из поддона, из которого масло закачивается масляным насосом и подаётся в масляную магистраль под давлением, к парам трения (к подшипникам). На некоторых мотоциклах (например на Харлеях) применяется система смазки с сухим картером, и у таких мотоциклов масло заливается в отдельный масляный бак, откуда закачивается к парам трения и после круга по магистрали заново возвращается в бак. Подробнее об обслуживании таких мотоциклов можно почитать вот здесь.

Вот вроде бы и всё, надеюсь эта статья о двигателе мотоцикла и о всех его системах будет полезна начинающим мотоциклистам, успехов всем.

Коллекторный двигатель постоянного тока: устройство, принцип работы

Содержание:

Виды КД

В зависимости от типа питания классифицируют:

1. Коллекторные двигатели, работающие от источника постоянного тока,
2. Универсальные — работают как от постоянного тока, так и от переменного.

Устройство и принцип работы двигателя постоянного тока

Коллекторный двигатель постоянного тока состоит из двух основных частей – ротора и статора. Ротор — вращающаяся часть двигателя – несёт на себе обмотку и коллектор. Статор – неподвижная часть двигателя – включает в себя источник постоянного магнитного поля – постоянный магнит или обмотку возбуждения, щётки и корпус.

Обмотка на роторе является одной из основных частей электрического двигателя постоянного тока. По ней течёт ток нагрузки. Обмотка состоит из нескольких сегментов. Их электрические выводы подключены к пластинам коллектора.

Коллектор – представляет собой набор металлических пластин, уложенных параллельно друг другу по цилиндрической поверхности, но не касающихся друг друга. К каждой пластине подключён вывод обмотки ротора. При вращении двигателя коллекторные пластины помогают переключать ток на всё новые секции обмотки, что приводит к дальнейшему вращению двигателя.

Коллекторный мотор с сердечником

Коллекторный мотор без сердечника

Щётки производят переключение секций обмотки по мере вращения электродвигателя и обеспечивают возможность подключения обмотки двигателя на роторе к выводам на корпусе мотора. В зависимости от материала конструкция щёток отличается: графитовые щётки, выполненные в виде прямоугольных брусков или металлические щётки в виде тонких пластин.

Конструкция неподвижной части двигателя – статора – отличается в зависимости от разновидности электродвигателя постоянного тока. У двигателей постоянного тока с обмоткой возбуждения на статоре располагается обмотка возбуждения, чаще всего выполненная на сердечнике из стальных пластин. У двигателей постоянного тока с постоянными магнитами, на статоре расположен постоянный магнит, создающий магнитное поле двигателя.

Обмотка ротора и коллектор установлены на валу, который опирается на подшипники, установленные в боковых фланцах корпуса.

Корпус выступает несущей конструкцией, куда устанавливаются остальные части двигателя, а также может выступать в роли наружной оболочки, защищающей мотор от пыли, грязи и механических воздействий.

Варианты конструкции двигателя

Типы обмоток

Обмотка без стального сердечника

 

Обмотки ротора отличаются между собой по конструкции. Применяются обмотки классической конструкции, намотанные на стальной сердечник, широко распространены полые обмотки без стального сердечника. Кроме того, ротор может иметь печатную обмотку плоской или цилиндрической конструкции. Ротор двигателя классической конструкции, со стальным сердечником, имеет значительный момент инерции, большую индуктивность обмотки и дополнительные потери в стали сердечника ротора. Двигатели с полым ротором и с печатным ротором отличаются низкой инерцией и малыми потерями.

Обмотки отличаются по своему устройству: толщина провода и схема намотки (например наличие параллельных ветвей в обмотке и их количество). Это даёт возможность изготавливать электродвигатели работающие при разном номинальном напряжении и токе.

Обмотки отличаются друг от друга по температурной стойкости, которая обеспечивается выбором соответствующего типа изоляции. Повышенная температурная стойкость позволяет обмотке нагреваться до более высокой температуры, не теряя работоспособности, что даёт возможность мотору работать при более высокой температуре окружающей среды или выдерживать более высокую токовую нагрузку.

Различные материалы магнитов

За время пока существуют электрические двигатели, было разработано и применено на практике немало различных материалов для постоянных магнитов. Ферриты, AlNiCo, SmCo, NdFeB. Основная разница между ними – в их мощности (т.е. в удельной энергии) и температурной стойкости. В настоящее время в высокопроизводительных малогабаритных двигателях с постоянными магнитами чаще всего применяется NdFeB из-за своей высокой мощности и SmCo из-за высокой рабочей температуры.

Типы щёток

 

Графитовые щётки

Металлические щётки

 

 

В настоящее время распространены два материала щёток – графитовые и металлические. Графитовые щётки изготавливаются из медно-графитового сплава и работают с коллектором из медных пластин. Они хорошо работают на больших токах, хорошо переносят частые пуски, но являются источником сильных электромагнитных шумов. Металлические щётки делают из благородных металлов, и они работают коллектором, в котором также применены благородные металлы. Они хорошо работают на небольших токах при малых изменениях скорости вращения и испускают гораздо меньше помех чем графитовые щётки.

Варианты подшипников

Два основных типа подшипников, применяемых в малогабаритных двигателях постоянного тока – шарикоподшипники и подшипники скольжения. В случае применения шарикоподшипников, для снижения осевого биения вала может применяться их предварительное поджатие

Преимущества и недостатки коллекторных двигателей

Простота управления.  Коллекторный двигатель достаточно прост в управлении, особенно когда речь идёт о двигателях с постоянными магнитами. Для того чтобы заставить его вращаться необходим один источник постоянного напряжения. Математическая модель такого мотора достаточно проста, но с её помощью можно реализовывать достаточно сложные алгоритмы управления современными быстродействующими приводными системами. Сопоставимая по возможностям система управления, например, асинхронным двигателем гораздо сложнее математически и требует заметно больше ресурсов при реализации.

Низкая надёжность. Щёточно-коллекторный узел – это скользящий электрический контакт, который серьёзно ограничивает надёжность коллекторных двигателей постоянного тока по сравнению с бесколлекторными.

Отсутствие электронных компонентов. Коллекторные двигатели не содержат электронных компонентов – как например датчики Холла в бесколлекторных моторах, которые необходимы для их работы. Это может давать коллекторным двигателям преимущество при работе, например, в условиях высокой радиации.

Ограничение скорости вращения. Когда щётки перемещаются по пластинам коллектора очень быстро, то начинается искрение, которое сокращает срок службы коллектора и щёток. Для того чтобы искрения не происходило должны быть ограничена скорость перемещения щёток по коллектору и нагрузка на щётки (ток). Максимально допустимая линейная скорость перемещения щёток по коллектору определяется материалами, применёнными для изготовления щёток и коллектора. И именно она является причиной различия в скорости у двигателей с графитовыми щётками и со щётками из благородных металлов.

Области применения

Несмотря на то, что во многих областях происходит активная замена коллекторных двигателей постоянного тока на бесколлекторные, в ряде применений продолжают использоваться коллекторные двигатели:

• Во многих применениях с жёсткими требованиями по стоимости решения, которые ограничивают применение сложной и дорогой управляющей электроники
• В  системах, работающих в жёстких условиях (например, высокая температура или радиация) или в которых имеются жёсткие ограничения по размерам.

Какие бывают двигатели и что они едят

На сегодняшний день наиболее распространённым двигателем является поршневой двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, или Отто-мотор. Он установлен на большинстве автомобилей в мире. Это легкий, дешевый, тихий и хорошо изученный двигатель. Однако человечество постоянно пытается придумать ему альтернативу как по устройству, так и использованию другого рабочего тела – топлива. И иногда у инженеров получаются весьма занятные экземпляры.

Гибридный двигатель на сжатом воздухе

В 2013 году французский концерн PSA представил систему Hybrid Air, работающую на сжатом воздухе. Однако они были далеко не первыми. Motor Development International на Женевском автосалоне 2009 года представили пневмоколяску MDI AIRpod и ее более серьезный вариант MDI OneFlowAir. В 2011 году японцы провели тест-драйв концепт-кара Toyota Ku Rin, который проехал 3,2 км на одном «заряде» сжатого воздуха. А в 2012 году Tata Motors представила трехместный и трехколесный автомобиль Tata AIRPod.

В отличие от предшественников, разработка PSA оказалась элегантнее и проще. Два баллона со сжатым воздухом, компрессор, нагнетающий воздух, и гидравлический мотор, передающий энергию сжатого воздуха в КПП. Система сама пополняла воздушные запасы (например, Tata Airpod требовалось «накачивать» каждые 200 км). Помимо установки со сжатым воздухом, под капотом Hybrid Air предполагалось устанавливать классический 3-цилиндровый двигатель внутреннего сгорания, который бы играл роль насоса и вспомогательного мотора.

В городе машина с Hybrid Air может до 80% времени ехать только на воздухе, не загрязняя атмосферу. Топливная экономичность варьируется от нулевых значений расхода и выбросов до 2,9 л/100 км и 69 г/км при использовании двигателя внутреннего сгорания соответственно. В компании планировали ставить систему Hybrid Air начиная с 2016 года, но – не сложилось.

Водородные топливные элементы

Существует три типа двигателей, использующих водород: одни работают как обычный двигатель внутреннего сгорания, другие – газотурбинные, третьи – агрегаты, использующие химическую реакцию водорода.

Первый двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде, появился в 1806 году, водород в нем использовался как обычный бензин. Однако использовать такие оригинальные двигатели накладно. В газотурбинных двигателях газ сжимается и нагревается, затем выделяемая энергия преобразуется в механическую. В качестве топлива можно использовать практически любое горючее.

Но самые интересные из водородных силовых установок – «химические». Концерны BMW и Toyota представили кроссовер i Hydrogen NEXT на базе последнего X5. Его силовая установка состоит из электродвигателя и литий-ионной батареи, стеков с водородными топливными элементами, химического преобразователя и двух баков, в которых под давлением 700 бар хранится 6 кг водорода. Стек специальных ячеек, наполненных водородом, конвертирует химическую энергию газа в электричество, которое аккумулируется в батарее, а она в свою очередь питает электромотор. Электрохимический генератор в составе топливного элемента выдает мощность 125 кВт (170 л.с.), а пиковая мощность силовой установки — 275 кВт (374 л.с.). В качестве топлива используется смесь водорода и кислорода из окружающего воздуха, вместо вредных выбросов система вырабатывает водяной пар. В BMW заявляют, что к 2022 году планируют выпустить первую партию водородомобилей.

Дизельный двигатель

Более ста лет назад, 23 февраля 1892 года Рудольф Дизель получил патент на свой двигатель. Принципиальным отличием его двигателя от Отто-мотора было то, что топливо в нем нагревалось быстрым сжатием, а не поджогом. Удивительно, но первые двигатели Дизеля работали на растительных маслах или легких нефтепродуктах. Кроме того, первоначально в качестве идеального топлива он предлагал использовать каменноугольную пыль, так как в Германии не было запасов нефти.

Спектр видов топлива для дизельных двигателей весьма широк. Сюда включаются все фракции нефтеперегонки от керосина до мазута и ряд продуктов природного происхождения: рапсовое масло, фритюрный жир, пальмовое масло и многие другие. Дизельный двигатель может с определенным успехом работать даже на сырой нефти.

Кстати, в 1898 году на Путиловском заводе в Петербурге был построен первый в мире «бескомпрессорный нефтяной двигатель высокого давления» – агрегат, аналогичный мотору Дизеля. Наша конструкция оказалась более совершенной и перспективной. Но под давлением владельцев лицензий Дизеля все работы над отечественным аналогом дизельного двигателя были остановлены.

Роторный двигатель

Самый престарелый из всех тепловых двигателей именно роторный. С древности известны колеса ветряных и водяных мельниц, которые можно отнести к примитивным роторным двигательным механизмам. В 19 веке стали активно использовать роторные паровые двигатели.

В 1957 года Феликс Ванкель и Вальтер Фройде показали общественности полностью работоспособный роторно-поршневой двигатель (РПД) внутреннего сгорания. Через 7 лет этот движок установили на спорткар NSU Spider, который стал первым серийником с роторно-поршневой двигатель. Такой двигатель лишен большого количества движущихся частей, он проще, а особая конструкция мотора позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. Но из-за конструктивных особенностей у роторных двигателей крайне низкий ресурс, высокий расход масла и топлива, хотя и большая отдача с меньшего объема.

Из-за этих особенностей единственной компанией, которая массово, помимо NSU, выпускала автомобили с роторно-поршневым движком была Mazda. И легендарная Mazda RX-8 была скорее имиджевой моделью, нежели коммерческой. В итоге в начале 2000-х работу с роторно-поршневыми двигателями свернули.

По материалам портала «Популярная механика»

Устройство лодочных моторов

Подвесной лодочный мотор – оборудование, получившее большую популярность в использовании на маломерных судах еще во второй половине 20 века. Это можно объяснить массой преимуществ, среди которых небольшой удельный вес, компактная конструкция, удобный принцип хранения и др.

Современные лодочные моторы представлены двумя разновидностями – двухтактные и четырехтактные, каждая из которых имеет свои особенности конструкции, функционирования и применения. При этом, изначально были более популярными двухтактные лодочные моторы, ведь они имеют гораздо меньший вес, простую конструкцию, достаточно высокую мощность и неприхотливы в эксплуатации. Однако, по мере совершенствования четырехтактных двигателей, последние стали быстро набирать популярность в виду значительного увеличения мощности и других особенностей.

Еще одним фактором, повлиявшим на выбор и эксплуатацию лодочных моторов определенного типа, являются все возрастающие требования к экологичности техники, ведь, как известно, бензиновые двигатели оказывают достаточно сильное влияние на степень загрязнения окружающей среды и в частности, водоемов, на которых используются.

Однако, для того, чтобы точно определиться с выбором того, или иного типа двигателя с учетом всех особенностей и преимуществ, стоит более подробно разобраться с таким фактором, как устройство подвесного лодочного мотора.

Устройство лодочного мотора

Прежде чем рассматривать конструкцию двух-, или четырехтактного лодочного мотора, стоит отметить, что несмотря на использование все более современных технологий и материалов для их изготовления, эти механизмы создаются на основе схемы, предложенной еще в 1906 году известным изобретателем Олом Эвинрудом. Особенностью этой схемы является вертикальная компоновка узлов, что является наиболее оптимальным решением с точки зрения эргономики, компактности и других соображений, которые так важны для механизма такого типа.

В целом, лодочный мотор состоит из набора составляющих, каждая из которых выполняет определенный набор функций:

1. Двигатель внутреннего сгорания находится в верхней части дейдвуда и соединен с редуктором посредством вертикально вала, связывающего коленвал с редуктором.
2. Редуктор обеспечивает вращение гребного винта и может иметь механизм реверса, объединенный в реверс-муфту с муфтой сцепления.
3. Гребной винт – пожалуй один из наиболее важных элементов мотора, соединен с валом редуктора через предохранитель, обеспечивающий защиту мотора от поломки в случае ударов о подводные препятствия.

При этом, стоит отметить, что устройство двухтактного лодочного мотора отличается от четырехтактного лишь конструкцией двигателя внутреннего сгорания и принципом его функционирования, что обеспечивает различную эффективность и производительность.

Рассматривая устройство четырехтактного лодочного мотора, или его двухтактного аналога, стоит также отметить такую их особенность, как способ крепления к транцу лодки, что производится с использованием подвески, обеспечивающей несколько степеней свободы. в зависимости отчего различаются подвески нескольких разновидностей:

• Жесткая, предназначенная для неподвижной фиксации мотора;
• Поворотная – для поворота двигателя вокруг вертикальной оси;
• Откидная, для поворота мотора по горизонтали;
• Поворотно откидная, сочетающая свойства откидной и поворотной подвесок.

Если Вы хотите купить лодочный мотор, отличающийся высоким качеством и эффективностью функционирования – наш интернет-каталог к Вашим услугам, ведь в его ассортименте представлена исключительно оригинальная техника от известных производителей, а у наших менеджеров можно получить детальную консультацию относительно интересующих вопросов.

Устройство и принцип работы электроинструмента

Содержание:

1. 1. Коллекторный электродвигатель постоянного тока
1. 1.1. Принцип действия
2. 1.2. Недостатки
2. 2. Бесколлекторный двигатель
3. 3. Редуктор
1. 3.1. Особенности редукторов
4. 4. Устройства управления
5. 5. Для безопасной работы

Двигатель, редуктор, устройства управления и детали для безопасной работы — вот основные узлы каждого электроинструмента. Для ручной машины важно, что бы она была как можно легче и меньше. Кроме того, от нее требуется высокая скорость, которую можно регулировать. Этим условиям отвечают двигатели постоянного тока. Они подразделяются на коллекторные и вентильные.

Коллекторный электродвигатель постоянного тока

Что бы понять, как электрическая энергия превращается в механическую, познакомимся с устройством двигателя. Его основные узлы: статор (индуктор), ротор (якорь) и примыкающий к нему щеточноколлекторный узел.

Статор — неподвижная стальная деталь, к которой прикрепляются главные и добавочные полюсы. Обмотка главных полюсов создает магнитное поле, а добавочная улучшает работу коллектора.

Вращающийся ротор устанавливается на валу. Он состоит из сердечника и обмотки. Ее концы соединяются с пластинами коллектора, к которому, в свою очередь, примыкают щетки — через них обмотка якоря соединяется с внешней цепью. Щетки занимают определенное положение по отношению к полюсам двигателя. В некоторых электроинструментах имеется поворотный щеткодержатель-траверса, благодаря ему положение щеток можно изменять. Это позволяет сохранить мощность при работе в режиме реверса. В остальных случаях вращение в обратном режиме включают электронные магнитные пускатели.

Принцип действия

Двигатель работает за счет электромагнитной индукции. При подаче напряжения на графитовые щетки, они замыкаются с ротором. По его обмотке проходит электрический ток. Так как ротор находится внутри магнитного поля статора, на него начинают действовать силы Ампера. На концах якоря они направлены в противоположные стороны, что создает крутящий момент. Ротор поворачивается на 180°. В этот момент крутящий момент становится равным нулю. Что бы вращение продолжалось необходимо переключить направление тока — провести коммутацию. По коллектору, который начал вращаться вместе с ротором, скользят щетки, в нужный момент они переходят с одной пластины на другую, меняя направление тока в обмотках ротора.

Частота вращения двигателя регулируется за счет изменения магнитного поля статора, которое в свою очередь генерируется током возбуждения двигателя. На этот ток можно повлиять реостатом, транзистором, т. е. любым устройством с активным сопротивлением. Таким образом, осуществляется электронная регулировка скорости.

Недостатки

Слабое место коллекторного двигателя — графитовые щетки, в процессе эксплуатации они истираются. При интенсивной нагрузке их приходится часто заменять. Кроме того, такой двигатель шумит и вибрирует во время работы, особенно на больших скоростях. Бороться с этими недостатками помогает использование в конструкциях качественных деталей и внешних антивибрационных элементов.

Бесколлекторный двигатель

Существует вид двигателей постоянного тока, в которых отсутствует щеточно-коллекторный узел. Ток в них изменяется с помощью электронных переключателей, что избавляет конструкцию от наличия щеток. Такие моторы называют вентильными. Принцип их работы аналогичен описанному выше. От коллекторных их отличает конструкция: магниты размещены на роторе, а обмотка на статоре.

Датчик углового положения ротора указывает электронному блоку, когда нужно менять направление тока. Единственный недостаток вентильного двигателя — дорогостоящие детали. По этой причине в ручных электроинструментах в основном используются коллекторные двигатели, с вентильным — лишь единичные модели: компании Makita и Hitachi предлагают аккумуляторные ударные шуруповерты, называя их инструментами будущего.

Редуктор

Механическую энергию, которую вырабатывает двигатель, нужно передать на рабочий орган машины (шпиндель). Эту функцию выполняет редуктор. Часто его называют понижающим. Скорость вращения входного вала высокая, механическая передача (одна или несколько) преобразует ее так, что на выходном валу получается меньшее число оборотов, но высокий крутящий момент.

В ручных машинах применяют разнообразные виды механических передач: зубчатая, ременная, цепная, планетарная. В большинстве случаев на выходе получается вращение. Но есть инструменты, в которых этот вид движения преобразуется в другой.

Ударный механизм перфоратора работает следующим образом. На валу установлен «пьяный» подшипник — качающийся привод, которой преобразует вращательное движение от двигателя в поступательное — цилиндра. В пространстве между цилиндром, поршнем и бойком, находится воздух. Он сжимается и заставляет поршень перемещаться сначала вперед к бойку, а затем возвращает его в исходное положение.

Редуктор электролобзика преобразует вращение вала двигателя в возвратно-поступательное движение ползуна. Расположенный вертикально ползун перемещает пилку вниз и вверх. Пилка опирается на опорный ролик. Наличие функции маятникового хода означает, что опорный ролик и вилка, на которой он держится, могут отклоняться назад. В результате пилка, кроме основного, совершает движение вперед и назад. Это увеличивает скорость прямолинейного реза. Ступени маятникового хода задаются степенью отклонения ролика.

В вибрационных шлифмашинах эксцентрик, установленный на валу, так преобразует вращательное движение, что подошва всего лишь колеблется с маленькой амплитудой. В эксцентриковых шлифовальных машинах вращательное движение рабочего органа сохраняется, но эксцентрик добавляет ему колебания. Такие преобразования позволяют выполнять с помощью этих инструментов тонкую шлифовку.

Особенности редукторов

Для пользователя имеет значение, из каких деталей изготовлен редуктор, от этого зависит его надежность и срок службы всего электроинструмента. В моделях бытового класса часто используются шестерни из пластмассы, в профессиональных — редуктор полностью металлический. Преимуществом считается, если и корпус то же выполнен из металла. В этом случае инструмент лучше выдерживает большие нагрузки и удары.

Важной функцией, которую может выполнять редуктор, является ступенчатое изменение частоты вращения выходного вала. Она доступна на отдельных моделях дрелей, шуруповертов. Механическое переключение скоростей позволяет работать с меньшей скоростью и большим крутящим моментом на первой передаче и с более высоким числом оборотов — на второй. Если сравнить технические характеристики в цифрах, то можно сразу заметить, что инструменты с двухскоростным (трехскоростные встречаются редко) редуктором отличаются большим числом оборотов по сравнению с обычными моделями, в которых обороты регулируются только электроникой. Эта особенность обеспечивает высокую производительность и оптимальный подбор режима работы.

Устройства управления

Для питания двигателя в электроинструментах используются различные схемы, в том числе микропроцессорные электроприводы. Обязательным элементом любой системы является выпрямитель. Он преобразует переменный ток сети в постоянный, который подается на электродвигатель. В аккумуляторных инструментах, которые питаются от батарей, выпрямитель не требуется.

Скорость вращения регулирует преобразователь частоты. Самый простой его вариант — это несколько реле, с помощью которых число оборотов можно установить вручную. В систему так же могут входить магнитные пускатели с кнопкой для изменения направления вращения двигателя (функция реверса). Устройство управления двигателем размещают под рукояткой или вблизи нее, где на корпус выводятся курок-выключатель, колесико регулировки скорости, кнопка реверса.

Для безопасной работы

К ручным инструментам предъявляются особые требования, связанные с безопасностью работы. Электропроводящие детали покрывают специальным материалом для защиты пользователя от поражения током. Многие производители, кроме основной изоляции, на случай ее повреждения, применяют дополнительную, получая, таким образом, двойную. Остальные защитные устройства, такие как муфты, фиксаторы применяются в зависимости от вида инструмента.

Как работает двигатель внутреннего сгорания

В данной статье мы расскажем об устройстве двигателя, его компонентах, о том, как они работают вместе, какие могут возникнуть неполадки и как увеличить производительность.

 
Содержание статьи
 

1. Введение
2. Внутреннее сгорание
3. Устройство двигателя
4. Неполадки двигателя
5. Клапанный механизм и система зажигания двигателя
6. Системы охлаждения, воздухозабора и запуска двигателя
7. Читайте также » Системы смазки, подачи топлива, выхлопа и электросистема двигателя
8. Увеличение мощности двигателя
9. Часто задаваемые вопросы по двигателям
10. Чем 4-цилиндровый двигатель отличается от V-образного шестицилиндрового двигателя?
11. Узнать больше
12. Читайте также Статьи про все типы двигателей

 
 
Бензиновый автомобильный двигатель предназначен для преобразования энергии бензинового топлива для движения автомобиля. В настоящий момент самым простым способом привести автомобиль в движение является сгорание бензина в двигателе. В связи с тем, что двигатель автомобиля является двигателем внутреннего сгорания, сгорание топлива происходит внутри двигателя.
 
На заметку:
 

• Существуют различные типы двигателей внутреннего сгорания. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.
• Также существуют и двигатели внешнего сгорания. Паровые двигатели в поездах старого образца и пароходах являются наглядным примером двигателей внешнего сгорания. В паровых двигателях топливо (уголь, дрова, масло и т.д.) сгорает вне двигателя для получения пара, который уже приводит двигатель в движение. Внутреннее сгорание является более эффективным (расход топлива на 1км значительно ниже) чем внешнее сгорание, помимо этого размеры двигателей внутреннего сгорания намного меньше двигателей внешнего сгорания. Именно поэтому нам не встречаются автомобили Ford или GM на паровых двигателях.

 
Внутреннее сгорание
 
Принцип работы любого поршневого двигателя внутреннего сгорания: Если поместить небольшой объем высокоэнергетического топлива (например, бензина) в небольшой закрытый сосуд и воспламенить, то в результате высвободится огромное количество энергии в виде расширяющегося газа. Этой энергии хватит для запуска картофелины на 1510м. В данном случае энергия используется для движения картофелины. Данную энергию можно использовать в более интересных целях. Например, если у Вас получится создать цикл, который позволит производить взрывы с частотой несколько сотен раз в минуту, и если Вам удастся эффективно использовать данную энергию, то Вы получите основную часть автомобильного двигателя!
 

 

Рисунок 1
 
На сегодняшний день практически во всех автомобилях используется так называемый четырехтактный цикл сгорания для преобразования энергии топлива в механическую энергию. Четырехтактный принцип работы также называют Цикл Отто, в честь Николауса Отто, который изобрел его в 1867г. Все четыре такта представлены на рисунке 1. Эти такты:
 

• Такт впуска
• Такт сжатия
• Рабочий такт
• Такт выпуска

 
На рисунке видно, что в картофельной пушке картофелина заменена устройством, которое называется поршень. При помощи шатуна поршень соединяется с коленчатым валом. При вращении коленвала создается эффект «перезарядки пушки». Во время цикла в двигателе происходят следующие процессы:
 

1. Поршень начинает движение сверху, впускной клапан открывается, поршень движется вниз для наполнения цилиндра воздухом и бензином. Это такт впуска. На данном этапе для смеси топлива и воздуха требуется лишь небольшое количество бензина. (Часть 1 рисунка)
2. Затем поршень движется вверх, сжимая топливно-воздушную смесь. Сжатие способствует более мощному взрыву. (Часть 2 рисунка)
3. Как только поршень достигает верхней точки, срабатывает свеча зажигания, которая воспламеняет топливо. Происходит взрыв бензина, при этом поршень движется вниз. (Часть 3 рисунка)
4. Как только поршень достигает нижней точки хода, открывается выпускной клапан для вывода продуктов сгорания по выхлопной трубе. (Часть 4 рисунка)

 
Теперь двигатель готов к началу следующего цикла, происходит впуск топлива и воздуха.
Обратите внимание, что движение, получаемое в результате работы двигателя внутреннего сгорания, является вращательным, в то время как движение, производимое картофельной пушкой — линейное (прямая линия). В двигателе линейное движение поршней переводится во вращательное движение при помощи коленвала. Вращательное движение идеально подходит для вращения колес автомобиля.
 
В следующем разделе мы предлагаем рассмотреть детали, которые обеспечивают работу двигателя, начиная с цилиндров.

 
 
Устройство двигателя
 
Цилиндр является самой важной частью двигателя, поршень совершает поступательные движения в цилиндре. Вышеописанный двигатель имеет один цилиндр. Такой двигатель типичен для газонокосилок, однако в автомобильные двигатели имеют более одного цилиндра (обычно четыре, шесть или восемь). В многоцилиндровых двигателях цилиндры расположены в одном из трех порядков: линейно, V-образно или оппозитно (т.н. двигатель с горизонтальными противолежащими цилиндрами или оппозитный двигатель).
 

Рисунок 2. Линейное расположение — Цилиндры расположены линейно в один ряд.
 

Рисунок 3. V-образное — Цилиндры расположены линейно в два ряда под углом друг к другу.
 

Рисунок 4. Оппозитное — Цилиндры расположены линейно в два ряда с противоположных сторон двигателя.
 
Говоря об управляемости, затратах на производство и характеристиках формы, необходимо отметить, что различные конфигурации имеют свои преимущества и недостатки. Благодаря этим преимуществам и недостаткам определенные типы двигателей подходят для определенных автомобилей.
 
Давайте более подробно рассмотрим основные детали двигателя.
 
Свеча зажигания
Свеча зажигания подает искру для воспламенения топливно-воздушной смеси, что обеспечивает процесс сгорания. Для правильной работы двигателя искра должна подаваться в строго определенный момент.
 
Клапаны
Впускной и выпускной клапаны открываются в определенный момент для впуска топлива и воздуха и выпуска выхлопа. Обратите внимание, что оба клапана закрыты во время тактов сжатия и сгорания для обеспечения герметичности камеры сгорания.
 
Поршень
Поршень — это металлическая деталь цилиндрической формы, которая движется вверх и вниз внутри цилиндра.
 
Поршневые кольца
Поршневые кольца обеспечивают скользящее уплотнение между внешней кромкой поршня и внутренней кромкой цилиндра. Кольца используются для двух целей:
 

• Они препятствуют попаданию топливно-воздушной смеси в картер из камеры сгорания в процессе такта сжатия и рабочего такта.
• Они препятствуют попаданию масла из картера в камеру сгорания, где оно может сгореть.

 
Большинство автомобилей, которые «жгут масло» и требуют его добавления каждые 1000 км, имеют старые двигатели, поршневые кольца которых уже не могут обеспечивать надлежащее уплотнение.
 
Шатун
Шатун соединяет поршень и коленвал. Он может вращаться с обеих сторон для изменения угла во время движения поршня и вращения коленвала.
 
Коленвал
Коленвал преобразует поступательное движение поршней во вращательное как рычаг «чертика из табакерки».
 
Картер
Картер окружает коленвал. В нем находится некоторое количество масла, которое собирается в нижней части картера (поддоне картера).
 
Далее мы узнаем о неполадках двигателя.

 

 
Неполадки двигателя
 
Итак, одним прекрасным утром Вы садитесь в машину, а двигатель не заводится… Что же случилось? Теперь, когда Вы знакомы с принципом работы двигателя, Вы сможете разобраться с основными проблемами, которые мешают запуску двигателя. Три наиболее частые неполадки: плохая топливная смесь, недостаточная компрессия, отсутствие искры. Помимо вышеперечисленных, могут возникнуть тысячи других проблем, но мы остановимся на «большой тройке». Основываясь на простом двигателе, который мы описывали, мы расскажем о том, как эти проблемы могут повлиять на Ваш двигатель:
 
Плохая топливная смесь — Данная проблема может возникнуть по нескольким причинам:
 

• У Вас закончился бензин, поэтому в двигатель поступает только воздух без топлива.
• У Вас забилось впускное отверстие воздуха, поэтому поступает только топливо.
• Топливная система подает слишком много или мало топлива, в результате чего сгорание не происходит надлежащим образом.
• Возможно, в топливе присутствуют примеси (например, в бензобак попала вода), которые препятствуют сгоранию.

 
Недостаточная компрессия — Если топливно-воздушная смесь не будет сжата надлежащим образом, процесс сгорания будет проходить неправильно. Недостаточная компрессия может быть вызвана рядом причин:
 

• Износ поршневых колец (топливно-воздушная смесь вытекает за пределы поршня в процессе сжатия).
• Недостаточное уплотнение клапана впуска или выпуска, что опять же вызывает протечку.
• В цилиндре имеются повреждения.

 
Наиболее часто повреждение цилиндра происходит в его верхней части (на которой установлены клапаны, свеча зажигания и которая называется головка цилиндра) крепится к самому цилиндру. Обычно головка цилиндра крепится к самому цилиндру при помощи болтового соединения с использованием тонкой прокладки, которая обеспечивает качественное уплотнение.. При повреждении прокладки, между цилиндром и его головкой образуются небольшие отверстия, в результате чего происходят протечки.
 
Регулярное техническое обслуживание может помочь избежать ремонта
 
Отсутствие искры — Искра может быть слишком слабой или отсутствовать вообще по следующим причинам:
 

• При износе свечи зажигания или ее провода может наблюдаться слабая искра.
• При повреждении или обрыве провода или система, передающая искру, не функционирует надлежащим образом, искра может отсутствовать.
• Если искра подается слишком рано или поздно во время цикла (т.е. если регулировка зажигания отключена), воспламенение топлива не произойдет в нужный момент, что может повлечь к различным проблемам.

 
Могут возникнуть и другие неполадки. Например:
 

• Если аккумулятор разряжен, Вы также не сможете завести двигатель.
• Если подшипники, которые обеспечивают свободное вращение коленвала, изношены, коленвал не сможет вращаться, в результате чего двигатель не заведется.
• Если открытие/закрытие клапанов не происходит в нужный момент и не происходит вообще, воздух не сможет поступать и выходить, что будет препятствовать работе двигателя.
• Если кто-то засунет картофелину Вам в выхлопную трубу, выхлоп не будет выпущен из цилиндра, поэтому двигатель не заведется.
• Если у Вас закончилось масло, поршень не сможет свободно двигаться в цилиндре, в результате чего двигатель заклинит.
• В исправно работающем двигателе все эти факторы находятся в допустимых пределах.

 
Как Вы видите, в двигателе имеется несколько систем, которые обеспечивают преобразование энергии топлива в механическую энергию. В следующих разделах мы рассмотрим различные подсистемы, которые используются в двигателях.

 
 
Клапанный механизм и система зажигания двигателя
 
Большинство подсистем двигателя может быть установлено с использованием различных технологий, а новые технологии могут улучшить показатели двигателя. Далее мы рассмотрим различные подсистемы, которые используются в современных двигателях, начиная с клапанного механизма.
 
Клапанный механизм состоит из клапанов и механизма, который открывает и закрывает их. Открывающая и закрывающая система называется распредвал. Распредвал имеет кулачки, которые перемещают клапаны вверх-вниз ,как показано на Рисунке 5.
 

Рисунок 5. Распредвал
 
В большинстве современных автомобилей используются так называемые верхнерасположенные распредвалы. Распредвал имеет кулачки, которые перемещают клапаны вверх-вниз, как показано на Рисунке 5. Кулачки воздействуют на клапаны напрямую или посредством очень короткой тяги. В старых моделях двигателей распредвал расположен в картере рядом с коленвалом. Штифты соединяют нижнюю часть кулачков с толкателями клапанов, расположенными над клапанами. В таком устройстве имеется больше движущихся частей, в результате чего возникает отставание между временем активации кулачка и последующим перемещением клапана. Ремень ГРМ или цепь ГРМ соединяет коленвал с распредвалом таким образом, чтобы клапаны двигались синхронно с поршнями. Скорость вращения распредвала в два раза ниже, чем у коленвала. Во многих мощных двигателях на каждый цилиндр установлено по четыре клапана (два впускных и два выпускных), такая конструкция требует наличия двух распредвалов на блок цилиндров, отсюда и название «двухраспредвальный вид головки». Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает распредвал».
 
Система зажигания (Рисунок 6) генерирует электрический разряд высокого напряжения и передает его от свечи зажигания по проводам зажигания. Вначале заряд поступает на распределитель, который Вы легко можете найти под капотом большинства автомобилей. Распределитель имеет один провод, входящий в центре и четыре, шесть или восемь проводов (в зависимости от количества цилиндров), выходящие их него. Эти провода зажигания передают заряд на каждую свечу зажигания. Зажигание двигателя отрегулировано таким образом, что за один раз искру от распределителя получает только один цилиндр. Такая конструкция обеспечивает максимальную равномерность работы. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает автомобильная система зажигания».
 

 

Рисунок 6. Система зажигания
 
В следующем разделе мы рассмотрим, как происходит запуск, охлаждение и циркуляция воздуха в двигателе.

 
 
Системы охлаждения, воздухозабора и запуска двигателя
 
В большинстве автомобилей система охлаждения состоит из радиатора и водяного насоса. Охлаждающая жидкость циркулирует по охлаждающей рубашке цилиндров, затем попадает в радиатор для охлаждения. В некоторых автомобилях (преимущественно в Volkswagen Жук) и в большинстве мотоциклов и газонокосилок используется воздушное охлаждение двигателей (двигатель с воздушным охлаждением легко узнать по ребрам на внешней стороне цилиндров, которые рассевают тепло). Двигатели с воздушным охлаждением намного легче, но охлаждаются хуже, что снижает их срок эксплуатации и производительность. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает система охлаждения».

На схеме представлено соединение патрубков системы охлаждения
 
Итак, теперь Вы знаете, что и как охлаждает двигатель Вашего автомобиля. Но почему так важна циркуляция воздуха? Большинство двигателей является безнаддувными, т.е. воздух поступает через воздушные фильтры непосредственно в цилиндры. Более мощные двигатели либо имеют турбонаддув, либо наддув, т.е. воздух поступает в двигатель под давлением (для подачи в цилиндр большего объема топливно-воздушной смечи) для увеличения мощности двигателя. Уровень сжатия воздуха называется наддув. При турбонаддуве используется небольшая турбина, установленная на выхлопную трубу для вращения нагнетающей турбины входящим потоком воздуха. Турбокомпрессор устанавливается непосредственно на двигатель для вращения компрессора.

 
Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает турбокомпрессор».
 
Увеличение мощности двигателя — это, конечно, хорошо, но что же происходит когда Вы поворачиваете ключ? Система запуска состоит из электростартера и соленоида стартера. При повороте ключа зажигания, стартер несколько раз проворачивает двигатель для начала процесса сгорания. Для запуска холодного двигателя требуется мощный стартер. Стартер должен преодолеть:
 

• Любое собственное трение, вызванное поршневыми кольцами
• Давление сжатия любого из цилиндров во время такта сжатия
• Энергию, необходимую для открытия и закрытия клапанов распредвалом
• А также действие всех остальных деталей, установленных непосредственно на двигателе, например водяного насоса, масляного насоса, генератора и т.д.

 
В связи с тем, что требуется большое количество энергии и в автомобилях используется 12-вольтная электросистема, на стартер должен поступать ток в несколько сотен ампер. Соленоид стартера — это большой электронный переключатель, который может выдержать ток такой силы. При повороте ключа зажигания, он запускает соленоид для подачи питания на стартер.
 
В следующем разделе мы расскажем о подсистемах двигателя, которые отвечают за то, что в него поступает (масло и топливо) и что выходит (выхлоп и выбросы).

 
Системы смазки, подачи топлива, выхлопа и электросистема двигателя
 
Когда дело касается повседневного обслуживания, скорее всего Вас, прежде всего, заинтересует количество бензина в бензобаке Вашего автомобиля. Каким же образом бензин, которым Вы заправляетесь, заставляет работать цилиндры? Топливная система при помощи насоса подает топливо из бензобака и смешивает его с воздухом в определенных пропорциях для того, чтобы топливно-воздушная смесь затем поступала в цилиндры. Существует три способа подачи топлива: карбюрация, впрыск во впускные каналы и непосредственный впрыск.
 

• При карбюрации устройство, которое называется карбюратор, смешивает бензин с воздухом при подаче воздуха в двигатель.
• В двигателях с впрыском топлива необходимое количество топлива впрыскивается в каждый цилиндр отдельно либо над впускным клапаном (впрыск во впускные каналы), либо в сам цилиндр (непосредственный впрыск).

 
Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает система впрыска топлива».
 
Масло также играет очень важную роль. Система смазки обеспечивает подачу масла для каждой движущейся детали для того, чтобы они свободно двигались. Прежде всего, смазка требуется поршням (для их плавного движения в цилиндрах) и подшипникам, которые обеспечивают вращение таких деталей, как коленвал и распредвал. В большинстве автомобилей масла из поддона картера подается при помощи масляного насоса, проходит через масляный фильтр для удаления абразивных частиц, после чего под давлением поступает на подшипники и стенки цилиндра. Затем масло стекает обратно в картер, где оно собирается, после чего цикл повторяется.
 

Выхлопная система автомобиля Porsche 911
 
Теперь, когда Вы уже кое-что знаете о том, что заливается в автомобиль, давайте рассмотрим, что же из него выходит. Выхлопная система состоит из выхлопной трубы и глушителя. Если глушитель не установлен, то Вы сможете услышать звуки тысяч небольших взрывов, доносящихся из выхлопной трубы. Глушитель заглушает эти звуки. Выхлопная система также включает в себя и каталитический дожигатель выхлопных газов. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает каталитический дожигатель выхлопных газов».
 
В большинстве современных автомобилей система понижения токсичности выхлопа состоит из каталитического дожигателя выхлопных газов, и набора датчиков и приводов и компьютера, который отслеживает и регулирует происходящие процессы. Например, каталитический дожигатель использует катализатор и кислород для сжигания неотработанного топлива и некоторых других химических веществ, содержащихся в выхлопе. Датчик кислорода отвечает за количество кислорода в выхлопе, достаточное для работы катализатора, при необходимости датчик производит дополнительную регулировку.
 
Что еще помимо бензина питает Ваш автомобиль? Электросистема состоит из аккумулятора и генератора. Генератор соединяется с двигателем при помощи ремня и генерирует ток для зарядки аккумулятора. Аккумулятор подает 12 вольт на все системы, которым требуется электропитание (система зажигания, радио, фары, стеклоочистители, электрические стеклоподъёмники и сиденья с электрическим приводом регулировки, компьютеры и т.д.).
 
Теперь, когда Вы все узнали про подсистемы двигателя, мы расскажем о том, как увеличить мощность двигателя.

 
 
Увеличение мощности двигателя
 
Прочитав данную статью, Вы увидите, что существует множество способов увеличения показателей Вашего двигателя. Производители автомобилей постоянно экспериментируют со следующими параметрами для увеличения мощности двигателя или снижения расхода топлива.
 
Увеличение рабочего объема — Большой рабочий объем способствует увеличению мощности, т.к. при каждом обороте двигателя сгорает больше топлива. Увеличить рабочий объем можно, установив большие или дополнительные цилиндры. Практика показывает, что не имеет смысла устанавливать более 12 цилиндров.
 
Увеличение степени сжатия — Увеличение степени сжатия способствует увеличению мощности. Однако, чем сильнее происходит сжатие топливно-воздушной смеси, тем выше вероятность ее самовозгорания (еще до срабатывания свечи зажигания). Высокооктановый бензин предотвращает раннее сгорание топлива. Именно по этой причине мощные автомобили необходимо заправлять высокооктановым бензином — в их двигателях используется более высокая степень сжатия для увеличения мощности.
Увеличение объема подаваемой смеси — При увеличении подачи воздуха (и, соответственно, топлива), не изменяя размер цилиндра, можно увеличить мощность (точно также, как при увеличении размера цилиндра). Турбокомпрессоры и компрессоры наддува повышают давление поступающего воздуха, благодаря чему в цилиндр можно подать больше воздуха. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает турбокомпрессор».
 
Охлаждение поступающего воздуха — При сжатии воздуха, его температура повышается. Поэтому лучше обеспечивать подачу более холодного воздуха в цилиндр, т.к. чем выше температура воздуха, тем меньше его расширение при сгорании. По этой причине во многих двигателях с наддувом и турбонаддувом используются охладители воздуха. Охладитель воздуха — это специальный радиатор, по которому сжатый воздух проходит для охлаждения перед подачей в цилиндр. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает система охлаждения».
 
Облегчение подачи воздуха  — При движении поршня вниз во время такта впуска, сопротивление воздуха может снизить мощность двигателя. Сопротивление воздуха может быть снижено благодаря установке двух впускных клапанов на каждый цилиндр. В некоторых современных автомобилях используются полированные впускные коллекторы для снижения сопротивления воздуха. Установка больших воздушных фильтров также может улучшить подачу воздуха.
 
Облегчение выпуска выхлопа — При выпуске выхлопа из цилиндра, сопротивление воздуха может снизить мощность двигателя. Сопротивление воздуха может быть снижено благодаря установке двух выпускных клапанов на каждый цилиндр (автомобиль с двумя впускными и двумя выпускными клапанами имеет по четыре клапана на каждый цилиндр, что увеличивает мощность двигателя — когда Вы слышите рекламу автомобиля, в которой говорится, что у него 4 цилиндра и 16 клапанов, это означает, что в двигателе установлено по четыре клапана на каждый цилиндр). Если выхлопная труба слишком узкая или сопротивление воздуха в глушителе слишком высокое, то это может создать противодавление, что также снизит мощность. В высокоэффективных выхлопных системах используются выпускные коллекторы, широкие выхлопные трубы и глушители для предотвращения образования противодавления в выхлопной системе. Поэтому, когда Вы слышите, что в автомобиле установлена «раздельная система выпуска», это значит, что для улучшения выпуска отработанных газов используется две выхлопных трубы вместо одной.
 
Снижение массы — Чем легче детали, тем эффективнее работает двигатель. Каждый раз, когда поршень меняет направления движения, он затрачивает энергию на то, чтобы прекратить движение в одну сторону и начать в другую. Чем легче поршень, тем меньше энергии ему требуется.
 
Впрыск топлива — Система впрыска топлива обеспечивает очень точное дозирование топлива для каждого цилиндра. Благодаря этому увеличивается мощность и снижается расход топлива. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает система впрыска топлива».
 
  
Часто задаваемые вопросы по двигателям
 
Ниже приведены наиболее часто задаваемые вопросы наших читателей, а также ответы на них:
 

• Чем отличаются бензиновые и дизельные двигатели? В дизельных двигателях отсутствует свеча зажигания. Дизельное топливо подается в цилиндр, возгорание происходит под действием тепла и давления во время такта сжатия. Энергетическая плотность дизеля значительно выше, чем у бензина, поэтому дизельный двигатель рассчитан на больший пробег. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает дизельный двигатель».

 

• Чем отличаются двухтактные и четырехтактные двигатели? В большинстве бензопил и лодочных моторов используются двухтактные двигатели. В двухтактном двигателе отсутствуют клапаны, а свеча зажигания дает искру каждый раз, когда поршень находится в верхней точке хода. Через отверстие в нижней части стенки цилиндра происходит впуск топлива и воздуха. Когда поршень движется вверх, сжимая смесь, свеча зажигания дает искру для начала процесса сгорания, отработанные газы выходят через другое отверстие в стенке цилиндра. В двухтактных двигателях необходимо смешивать масло с бензином, т.к. отверстия в стенках цилиндров не допускают использование уплотнительных колец для герметизации камеры сгорания. В общем, двухтактные двигатели являются достаточно мощными для своих размеров, т.к. в них на один поворот двигателя происходит в два раза больше циклов сгорания. Однако, двухтактный двигатель расходует больше бензина и сжигает большое количество масла, соответственно, он наносит больший вред экологии. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает двухтактный двигатель».

 

• В этой статье Вы упоминали паровые двигатели — существуют ли какие-либо преимущества паровых двигателей или других двигателей внешнего сгорания? Единственное преимущество паровых двигателей заключается в том, что в качестве топлива можно использовать все, что горит. Например, в паровом двигателе в качестве топлива можно использовать уголь, газеты, дрова, в то время как для работы двигателя внутреннего сгорания требуется очищенное высококачественное жидкое или газообразное топливо. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает паровой двигатель».

 

• Используются ли в автомобильных двигателях какие-либо другие циклы помимо цикла Отто? Как говорилось ранее, в двухтактных и дизельных двигателях используются другие циклы работы. В двигателе автомобиля Mazda Millenia используется модифицированный цикл Отто, который называется цикл Миллера. В газотурбинных двигателях используется цикл Брайтона. В дизельных ротационных двигателях Ванкеля используется цикл Отто, однако он происходит совершенно по-другому в отличие от четырехтактных поршневых двигателей.

 

• Зачем нужно устанавливать восемь цилиндров? Почему нельзя установить один большой цилиндр с таким же рабочим объемом, как у восьми цилиндров? По ряду причин в 4.0л двигателе используется восемь цилиндров объемом пол-литра каждый, а не один большой 4-литровый цилиндр. Основная причина — это равномерность работы. V-образный восьмицилиндровый двигатель работает более равномерно, т.к. в нем происходит восемь взрывов с равными интервалами вместо одного сильного взрыва. Другая причина — это начальный крутящий момент. Когда Вы заводите V-образный восьмицилиндровый двигатель, Вам необходимы только два цилиндра (1л) во время их тактов сжатия, если использовать один большой цилиндр, то придется производить сжатие 4 литров.

 
Чем 4-цилиндровый двигатель отличается от V-образного шестицилиндрового двигателя?
 
Количество цилиндров в двигателе играет важную роль в его мощности. Каждый цилиндр имеет поршень, который движется внутри него, эти поршни соединены с коленвалом и вращают его. Чем больше используется поршней, тем больше происходит сгораний топлива в определенный момент времени. Это означает, что за меньшее время может быть выработано больше мощности.
 
4-цилиндровые двигатели обычно имеют «прямое» или «линейное» расположение цилиндров, в то время как в 6-цилиндровых двигателях используется более компактное V-образное расположение, поэтому они и называются V-образные 6-цилиндровые двигатели. Американские производители автомобилей остановили свой выбор на V-образных 6-цилиндровых двигателях, т.к. являются более мощными и тихими, оставаясь при этом достаточно легкими и компактными для установки в автомобили.
 

4-цилиндровый двигатель с линейным расположением цилиндров автомобиля Lotus Elise
 
Исторически сложилось так, что американские автовладельцы отвернулись от 4-цилиндровых двигателей, считая их медленными, слабыми, работающими неравномерно и дающими слабое ускорение. Однако, когда такие японские производители автомобилей, как Honda и Toyota стали устанавливать мощные 4-цилиндровые двигатели в 1980-х и 90-х, американцы по достоинству оценили эти компактные двигатели. Даже, несмотря на то, что такие японские автомобили, как Toyota Camry имели огромный успех по сравнению с  аналогичными моделями американских производителей, в США продолжался выпуск автомобилей с 6-цилиндровыми двигателями, т.к. считалось, что американцам необходимы мощные автомобили. На сегодняшний день, в связи с ростом цен на бензин и обострившейся экологической ситуацией, Детройт переходит на 4-цилиндровые двигатели благодаря их низкому расходу топлива и меньшим выбросам в атмосферу.
 

3,8л V-образный 6-цилиндровый двигатель с турбонаддувом автомобиля Nissan GT-R.
 
Что касается будущего 6-цилиндровых двигателей, то за последние годы были максимально устранены различия между 4-цилиндровыми и 6-цилиндровыми двигателями. Для того, чтобы соответствовать требованиям низкого расхода бензина и уровня выхлопных газов, производители приложили много усилий по улучшению работы 6-цилиндровых двигателей. Большинство современных автомобилей с 6-цилиндровыми двигателями соответствуют стандартам расхода топлива уровня выхлопов, установленных для компактных 4-цилиндровых двигателей. Таким образом, различия в эффективности и мощности этих двух типов двигателей ослабевают, и принятие решения о покупке 4-цилиндрового или 6-цилиндрового двигателя сводится к их стоимости. Что касается моделей автомобильных, доступных с обоими типами двигателей, конфигурация с 4-цилиндровым двигателем стоит дешевле до $1000 по сравнению с 6-цилиндровым. Таким образом, независимо от мощности автомобиля, 4-цилиндровый двигатель поможет Вам сэкономить.
 
И, напоследок: Не стоит пытаться установить 6-цилиндровый двигатель на автомобиль, в котором изначально стоял 4-цилиндровый. Переоборудование автомобиля с 4-цилиндровым двигателем для установки 6-цилиндрового может обойтись Вам дороже, чем покупка нового автомобиля.
 
 
Источник:  https://auto.howstuffworks.com/

деталей двигателя | Sciencing

Конструкции электродвигателей могут сильно различаться, хотя в целом они состоят из трех основных частей: ротора, статора и коммутатора. Эти три части используют силы притяжения и отталкивания электромагнетизма, заставляя двигатель непрерывно вращаться, пока он получает постоянный поток электрического тока.

Основные принципы

Двигатели работают на принципах электромагнетизма. Если пропустить электричество по проводу, он создаст магнитное поле.Если вы намотаете проволоку на стержень и пропустите по ней электричество, вокруг стержня будет создано магнитное поле. Один конец стержня будет иметь северный магнитный полюс, а другой — южный. Противоположные полюса притягиваются друг к другу, как отталкиваются. Когда вы окружите этот стержень другими магнитами, стержень будет вращаться под действием сил притяжения и отталкивания.

Статор

Каждый электродвигатель состоит из двух основных частей: неподвижной и вращающейся. Стационарная часть — это статор.Хотя конфигурации различаются, статор чаще всего представляет собой постоянный магнит или ряд магнитов, выстилающих край корпуса двигателя, который обычно представляет собой круглый пластиковый барабан.

Ротор

В статор вставлен ротор, обычно состоящий из медной проволоки, намотанной на катушку вокруг оси. Когда через катушку протекает электрический ток, возникающее магнитное поле противодействует полю, создаваемому статором, и заставляет ось вращаться.

Коммутатор: основы

Электродвигатель имеет еще один важный компонент, коммутатор, который находится на одном конце катушки.Это металлическое кольцо, разделенное на две половины. Он меняет местами электрический ток в катушке каждый раз, когда катушка вращается на пол-оборота. Коммутатор периодически меняет направление тока между ротором и внешней цепью или батареей. Это гарантирует, что концы катушек не перемещаются в противоположных направлениях, и гарантирует, что ось вращается в одном направлении.

Подробнее Коммутатор: магнитные полюса

Коммутатор необходим, потому что вращающийся ротор получает свое движение от магнитного притяжения и отталкивания между ротором и статором.Чтобы понять это, представьте, что двигатель медленно вращается. Когда ротор вращается до точки, где южный полюс магнита ротора встречается с северным полюсом статора, притяжение между двумя полюсами останавливает вращение. Чтобы ротор продолжал вращаться, коммутатор меняет полярность магнита, так что южный полюс ротора становится северным. Затем северный полюс ротора и северный полюс статора отталкиваются друг от друга, заставляя ротор продолжать вращаться.

Щетки и клеммы

На одном конце двигателя находятся щетки и клеммы.Они находятся на противоположном конце от того места, где ротор выходит из корпуса двигателя. Щетки подают электрический ток на коммутатор и обычно сделаны из графита. Клеммы — это места, где аккумулятор прикрепляется к двигателю и посылает ток для вращения ротора.

Как работают электродвигатели?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 25 июля 2020 г.

Щелкните выключателем и мгновенно получите власть — как бы любили наши предки электродвигатели! Вы можете найти их во всем, начиная с электропоезда с дистанционным управлением автомобили — и вы можете быть удивлены, насколько они распространены.Сколько электрических моторы сейчас есть в комнате с тобой? Наверное, два в вашем компьютере для начала, один круто ездить, а еще один питает охлаждающий вентилятор. Если вы сидите в спальне, вы найдете моторы в фенах и многих игрушки; в ванной — вытяжки и электробритвы; На кухне моторы есть практически во всех приборах, от стиральных и посудомоечных машин до кофемолок, микроволновых печей и электрических консервных ножей.Электродвигатели зарекомендовали себя среди лучших изобретения всех времен. Давайте разберемся и узнаем, как они Работа!

Фото: Даже маленькие электродвигатели на удивление тяжелые. Это потому, что они набиты туго намотанной медью и тяжелыми магнитами. Это мотор от старой электрической газонокосилки. Вещь медного цвета в сторону В передней части оси с прорезями находится коммутатор, удерживающий двигатель. вращение в том же направлении (как описано ниже).

Как электромагнетизм заставляет двигатель двигаться?

Основная идея электродвигателя очень проста: вы помещаете в него электричество с одного конца, а ось (металлический стержень) вращается на другом конце, давая вам возможность управлять машина какая то. Как это работает на практике? Как именно ваш преобразовать электричество в движение? Чтобы найти ответ на этот вопрос, у нас есть вернуться во времени почти на 200 лет.

Предположим, вы берете кусок обычного провода, превращаете его в большую петлю, и положите его между полюсами мощной постоянной подковы магнит.Теперь, если вы подключите два конца провода к батарее, провод будет прыгать кратко. Удивительно, когда видишь это впервые. Это прямо как по волшебству! Но есть совершенно научный объяснение. Когда электрический ток начинает течь по проводу, он создает магнитное поле вокруг него. Если разместить провод рядом с постоянным магнит, это временное магнитное поле взаимодействует с постоянным поле магнита. Вы знаете, что два магнита расположены рядом друг с другом. либо притягивать, либо отталкивать.Таким же образом временный магнетизм вокруг провода притягивает или отталкивает постоянный магнетизм от магнит, и это то, что заставляет проволоку подпрыгивать.

Правило левой руки Флеминга

Вы можете определить направление, в котором будет прыгать провод, используя удобная мнемоника (вспомогательная память), называемая правилом левой руки Флеминга (иногда называется Motor Rule).

Вытяните большой, указательный и второй пальцы левой руки. рука так, чтобы все три были под прямым углом.Если вы укажете вторым пальцем в направлении Течения (который течет от положительного к положительному отрицательная клемма АКБ), а Первая палец в направление поля (которое течет с севера на южный полюс магнит), ваш thuMb будет показать направление, в котором провод Движется.

Это …

• Первый палец = Поле
• SeCond палец = текущий
• ЧтМб = Движение

Несколько слов о текущем

Если вас смущает то, что я говорю, что ток течет с положительного на отрицательный, это просто историческая конвенция.Такие люди, как Бенджамин Франклин, помогавший разобраться тайна электричества еще в 18 веке, считали, что это поток положительных зарядов, так что она перетекала с положительного на отрицательный. Мы называем эту идею условным током. и до сих пор используют его в таких вещах, как правило левой руки Флеминга. Теперь у нас есть лучшие идеи о том, как электричество работает, мы склонны говорить о токе как о потоке электронов от отрицательного к положительному в направлении , противоположном направлению обычного тока.Когда вы пытаетесь вычислить вращение двигателя или генератора, обязательно помните, что ток означает условный ток , а не поток электронов.

Как работает электродвигатель — теоретически

Фото: Электрик ремонтирует электродвигатель. на борту авианосца. Блестящий металл, который он использует, может выглядеть как золото, но на самом деле это медь, хороший проводник, который намного дешевле. Фото Джейсона Якобовица любезно предоставлено ВМС США.

Связь между электричеством, магнетизмом и движением изначально была открыт в 1820 году французским физиком Андре-Мари Ампер (1775–1867), и это фундаментальная наука, лежащая в основе электродвигателя. Но если мы хотим превратить это удивительное научное открытие в более практическое Немного технологий для питания наших электрических косилок и зубных щеток, мы должны пойти немного дальше. Изобретателями, которые сделали это, были англичане Майкл Фарадей (1791–1867). и Уильям Стерджен (1783–1850) и американец Джозеф Генри (1797–1878).Вот как они пришли к своему гениальному изобретению.

Предположим, мы сгибаем нашу проволоку в квадратную U-образную петлю, так что эффективно два параллельных провода, проходящие через магнитное поле. Один из них отводит электрический ток от нас по проводам, а другой один возвращает ток обратно. Поскольку ток течет в в противоположных направлениях проводов, правило левой руки Флеминга говорит нам о том, что два провода будут двигаться в противоположных направлениях. Другими словами, когда мы включите электричество, один из проводов двинется вверх и другой будет двигаться вниз.

Если бы катушка с проволокой могла продолжать двигаться вот так, она бы вращалась. непрерывно — и мы будем на пути к созданию электрического мотор. Но этого не может произойти с нашей нынешней настройкой: провода будут быстро запутаться. Не только это, но если бы катушка могла вращаться далеко хватит, что-нибудь еще случится. Как только катушка достигла вертикали положение, он перевернется, и электрический ток будет течь через него в противоположном направлении. Теперь силы на каждого сторона катушки перевернется.Вместо непрерывного вращения в в том же направлении, он двинется назад в том же направлении, в котором только что пришел! Представьте себе электропоезд с таким двигателем: он будет держать перетасовки назад и вперед на месте, даже не идя в любом месте.

Как работает электродвигатель — на практике

Есть два способа решить эту проблему. Один из них — использовать своего рода электрический ток, который периодически меняет направление, что известно как переменный ток (AC). В виде небольших батарейных двигатели, которые мы используем дома, лучшее решение — добавить компонент назвал коммутатором концы катушки.(Не беспокойтесь о бессмысленных технических имя: это немного старомодное слово «коммутация» немного похоже на слово «добираться до работы». Это просто означает изменение взад и вперед в одном и том же путь, который ездит на работу, означает путешествовать туда и обратно.) В простейшей форме Коммутатор представляет собой металлическое кольцо, разделенное на две отдельные половины и его задача — реверсировать электрический ток в катушке каждый раз, когда катушка вращается на пол-оборота. Один конец катушки прикреплен к каждая половина коммутатора. Электрический ток от аккумулятора подключается к электрическим клеммам двигателя.Они подают электроэнергию в коммутатор через пару незакрепленных разъемы, называемые щетками, сделал либо из кусочков графита (мягкий уголь, похожий на карандаш «свинец») или тонкие отрезки упругого металла, который (как название подсказывает) «задеть» коммутатор. С коммутатор на месте, когда электричество течет по цепи, катушка будет постоянно вращаться в одном и том же направлении.

Художественное произведение: упрощенная схема деталей в электрическом мотор. Анимация: как это работает на практике.Обратите внимание, как коммутатор меняет направление тока каждый раз, когда катушка поворачивается. наполовину. Это означает, что сила на каждой стороне катушки всегда толкая в том же направлении, что позволяет катушке вращаться по часовой стрелке.

Такой простой экспериментальный двигатель, как этот, не может большая мощность. Мы можем увеличить усилие поворота (или крутящий момент) что мотор может творить тремя способами: либо у нас может быть больше мощный постоянный магнит, или мы можем увеличить электрический ток протекает через провод, или мы можем сделать катушку так, чтобы в ней было много «витки» (петли) очень тонкой проволоки вместо одного «витка» толстой проволоки.На практике двигатель также имеет постоянный магнит, изогнутый в круглой формы, так что он почти касается катушки с проволокой, которая вращается внутри него. Чем ближе друг к другу магнит и катушка, тем большее усилие, которое может создать двигатель.

Хотя мы описали несколько различных частей, вы можете представить двигатель как имеющий всего два основных компонента:

• По краю корпуса двигателя находится постоянный магнит (или магниты), который остается статичным, поэтому его называют статором двигателя.
• Внутри статора находится катушка, установленная на оси, которая вращается с высокой скоростью, и это называется ротором. Ротор также включает в себя коммутатор.

Универсальные двигатели

Такие двигатели постоянного тока

отлично подходят для игрушек с батарейным питанием (таких как модели поездов, радиоуправляемые автомобили или электробритвы), но вы не найдете их во многих бытовых приборах. В небольших бытовых приборах (например, кофемолках или электрических блендерах) обычно используются так называемые универсальные двигатели , которые могут питаться как от переменного, так и от постоянного тока.В отличие от простого двигателя постоянного тока, универсальный двигатель имеет электромагнит вместо постоянного магнита, и он получает энергию от источника постоянного или переменного тока, который вы питаете:

• Когда вы питаетесь постоянным током, электромагнит работает как обычный постоянный магнит и создает магнитное поле, которое всегда направлено в одном направлении. Коммутатор меняет направление тока катушки каждый раз, когда катушка переворачивается, как в простом двигателе постоянного тока, поэтому катушка всегда вращается в одном и том же направлении.
• Однако, когда вы подаете переменный ток, ток, протекающий через электромагнит, и ток, протекающий через катушку. или против часовой стрелки.А как насчет коммутатора? Частота тока изменяется намного быстрее, чем вращается двигатель, и, поскольку поле и ток всегда синхронизированы, на самом деле не имеет значения, в каком положении находится коммутатор в любой данный момент.

Анимация: Как работает универсальный двигатель: Электроснабжение питает как магнитное поле, так и вращающуюся катушку. С источником постоянного тока универсальный двигатель работает так же, как и обычный двигатель постоянного тока, как указано выше. При питании от сети переменного тока и магнитное поле, и ток в катушке меняют направление каждый раз, когда ток питания меняется на противоположное.Это означает, что сила на катушке всегда направлена ​​в одну сторону.

Фото: Внутри типичного универсального двигателя: основные части внутри среднего двигателя от кофемолки, которая может работать как от постоянного, так и от переменного тока. Серый электромагнит по краю — это статор (статическая часть), и он питается от катушек оранжевого цвета. Обратите внимание на прорези в коллекторе и прижимающиеся к нему угольные щетки, которые обеспечивают питание ротора (вращающейся части). Асинхронные двигатели в таких устройствах, как электрические железнодорожные поезда, во много раз больше и мощнее этого, и всегда работают с использованием переменного тока высокого напряжения (AC) вместо постоянного тока низкого напряжения (DC) или переменного тока умеренно низкого напряжения в домашних условиях. который приводит в действие универсальные двигатели.

Электродвигатели прочие

В простых двигателях постоянного тока и универсальных двигателях ротор вращается внутри статора. Ротор представляет собой катушку, подключенную к источнику электропитания, а статор представляет собой постоянный магнит или электромагнит. Большие двигатели переменного тока (используемые в таких вещах, как заводские машины) работают немного иначе: они пропускают переменный ток через противоположные пары магнитов, чтобы создать вращающееся магнитное поле, которое «индуцирует» (создает) магнитное поле в роторе двигателя, вызывая это вращаться.Подробнее об этом вы можете прочитать в нашей статье об асинхронных двигателях переменного тока. Если вы возьмете один из этих асинхронных двигателей и «развернете» его так, чтобы статор фактически превратился в длинную непрерывную дорожку, ротор может катиться по нему по прямой. Эта гениальная конструкция известна как линейный двигатель, и вы найдете ее в таких вещах, как заводские машины и плавучие железные дороги «маглев» (магнитная левитация).

Еще одна интересная конструкция — бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC). Статор и ротор эффективно меняются местами, при этом несколько железных катушек статичны в центре и постоянный магнит вращается вокруг них, а коммутатор и щетки заменяются электронной схемой.Вы можете прочитать больше в нашей основной статье о мотор-редукторах. Шаговые двигатели, которые вращаются на точно контролируемые углы, представляют собой разновидность бесщеточных двигателей постоянного тока.

Что такое мотор? | Сервоприводы и контроллеры машин | Продукты и решения

Что такое мотор?

Словарь описывает: «Двигатель — это машина, преобразующая 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 по 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 практичным 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 запустила первый заказ на асинхронные двигатели в 1917 году. С этого момента операторы угольных шахт начали размещать заказы на двигатели Yaskawa для их насосы и тягачи.

Электродвигатели различные виды 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 мобильном телефоне 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 для 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 протекать постоянный ток через две из трех фаз обмоток, фазы U, V и W. Он переключает поток тока в соответствии с положением постоянных магнитов, обнаруженным, 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, 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 «вращении Араго», открытом 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 запускаете трехфазные обмотки в виде синусоиды, 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 двигатели

менее 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.Поэтому 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.

Шесть ключевых компонентов, из которых состоит ваш промышленный электродвигатель

Ваш промышленный электродвигатель имеет несколько важных компонентов, которые позволяют ему эффективно преобразовывать электрическую энергию в механическую.Каждый из них помогает управлять критическим взаимодействием между магнитным полем вашего двигателя и электрическим током в его проволочной обмотке, создавая силу в виде вращения вала. Именно механическая энергия, производимая этим вращением вала, помогает поддерживать бесперебойную работу вашего предприятия.

Эти шесть компонентов включают:

1) Ротор

Ротор — это движущаяся часть вашего электродвигателя. Он вращает вал, который передает указанную выше механическую мощность.В типичной конфигурации ротор имеет проложенные в нем проводники, по которым проходят токи, которые затем взаимодействуют с магнитным полем статора, создавая силы, которые вращают вал. При этом некоторые роторы несут постоянные магниты, и именно статор удерживает проводники.

2) Статор (и сердечник статора)

Статор — это неподвижная часть электромагнитной цепи вашего двигателя и обычно состоит из обмоток или постоянных магнитов. Сердечник статора состоит из множества тонких металлических листов, называемых пластинами.Ламинирование используется для уменьшения потерь энергии, которые могут возникнуть при использовании твердого сердечника.

3) Подшипники

Ротор вашего электродвигателя поддерживается подшипниками, которые позволяют ему вращаться вокруг своей оси. Эти подшипники, в свою очередь, опираются на корпус двигателя. Вал двигателя проходит через подшипники за пределы двигателя, где действует нагрузка. Поскольку силы нагрузки действуют за пределы самого внешнего подшипника, нагрузка называется «выступающей».

4) Обмотки

Обмотки — это провода, уложенные в катушки, обычно намотанные вокруг многослойного магнитного сердечника из мягкого железа, чтобы образовывать магнитные полюса при возбуждении током.Электродвигатели бывают двух основных конфигураций полюсов магнитного поля: явнополюсной и невыраженной. В двигателе с явнополюсным двигателем магнитное поле полюса создается обмоткой, намотанной вокруг полюса под лицевой стороной полюса. В двигателе с невыпадающими полюсами обмотка распределена в пазах на лицевой стороне полюсов. Двигатель с экранированными полюсами имеет обмотку вокруг части полюса, которая задерживает фазу магнитного поля для этого полюса.

5) Воздушный зазор

Воздушный зазор — это расстояние между ротором и статором, хотя и не является физическим компонентом.Воздушный зазор вашего двигателя имеет важное значение и, как правило, должен быть как можно меньше, поскольку большой зазор оказывает сильное негативное влияние на производительность. Это основной источник низкого коэффициента мощности, с которым работают двигатели. Поскольку ток намагничивания увеличивается с увеличением воздушного зазора, ваш воздушный зазор должен быть минимальным. При этом очень маленькие зазоры могут создавать механические проблемы в дополнение к шуму и потерям.

6) Коммутатор

И, наконец, коммутатор — это механизм, используемый вашим двигателем для переключения входа большинства двигателей постоянного тока и некоторых двигателей переменного тока.Он состоит из сегментов контактного кольца, которые изолированы друг от друга и от вала. Ток якоря вашего двигателя подается через неподвижные щетки, контактирующие с вращающимся коммутатором, что вызывает требуемое реверсирование тока и подает мощность на машину оптимальным образом, когда ротор вращается от полюса к полюсу. (Отсутствие такого реверсирования тока может привести к остановке двигателя.)

Что общего у всех этих компонентов?

Каждый из них может нуждаться в техническом обслуживании, ремонте или замене в любой момент.Именно здесь на помощь приходит Red Stick Armature Works. Мы обеспечиваем более 60 лет передового опыта в области обслуживания, хранения и продажи промышленных электродвигателей. Наши преданные своему делу и опытные специалисты доступны на месте 24-7-365, чтобы помочь вам поддерживать ваши двигатели — и ваши операции — в рабочем состоянии и работать без сбоев. Свяжитесь с нами или позвоните нам сегодня по телефону 800-895-0443, чтобы узнать больше.

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 колее 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 электродвигателя на мир перед лампочками: Тележки и подключенные энергосистемы стоили очень дорого. строили, но перевозили миллионы людей на работу в 1880-е годы. До рост электросети в 1890-х гг. большинство людей (средний и низкие классы) даже в городах не было электрического света в дом. 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.

Выводы двигателя к генератору:
После слабые электродвигатели были разработаны Фарадеем и Генри, другой Первопроходец по имени Ипполит Пикси 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 моторы Электродвигатели 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 части. 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 подвержен 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.

Арматура — 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.

Вверху: 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, устранение 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

Двигатели 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 общего 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:

3.в) синхронный Моторы (Selsyn Motor)

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 точна, шаговый двигатель лучше подходит для работы с компьютерами, так как он функционирует на жестких «ступенях» разворота.

Этот мотор одинарный фазный двигатель переменного тока.Имеет только одну катушку с поворотным валом. в центре, отставание потока, проходящего вокруг катушки, вызывает сила магнита, чтобы двигаться по катушке. Это получает центральный вал с вращением вторичной обмотки. Цилиндр изготовлен из стали и имеет медные стержни, встроенные по длине в цилиндр поверхность.

Преимущества: достигает высокого уровня крутящего момента, когда ротор начал быстро вращаться.
Используется в вентиляторах, приборах

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 виды 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 для блинов
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 мотора. 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.
-Обладает высоким пусковым моментом (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 со щетками:
Двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой
Двигатель с обмоткой серии постоянного тока
Составной двигатель постоянного тока — совокупный и дифференциально смешанный двигатель
Двигатель постоянного тока с постоянным магнитом
Двигатель с раздельным возбуждением
Блинный двигатель

Бесщеточный Двигатели постоянного тока:

Кисть 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 необходимо точное регулирование скорости (например, в дисководах, ленте 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 Шунтирующий двигатель

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
Артикул 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:
Точная регулировка 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 возбужденный (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 двигатель — щеточный двигатель 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 Мотор

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 отжима (используется в компьютере жестких дисков)
Недостаток: легко перегревается, поскольку железо обычно действует как радиатор, для охлаждения необходим вентилятор.

Подробнее об этом типе двигателя см. Здесь.

Источники:
Документы Джозефа Генри — Смитсоновский институт
Denver Electric Motor Company
Стив Нормандин
Википедия
Томас Дэвенпорт — доктор Фрэнк Уикс мл.
Электромобиль своими руками

Связанные темы:

Как работают моторы и как выбрать мотор для любого проекта

Как работают двигатели и как выбрать правильный двигатель

Моторы можно найти практически везде.Это руководство поможет вам изучить основы электродвигателей, доступные типы и способы выбора правильного электродвигателя. Основные вопросы, на которые нужно ответить при принятии решения о том, какой двигатель лучше всего подходит для применения, — это какой тип выбрать и какие характеристики имеют значение.

Как работают моторы?

Электродвигатели работают, преобразуя электрическую энергию в механическую энергию для создания движения. Сила создается внутри двигателя за счет взаимодействия между магнитным полем и переменным (AC) или постоянным (DC) током обмотки.С увеличением силы тока увеличивается и сила магнитного поля. Помните о законе Ома (V = I * R); напряжение должно увеличиваться, чтобы поддерживать тот же ток при увеличении сопротивления.

Электродвигатели имеют множество применений. Обычные промышленные применения включают воздуходувки, станки и электроинструменты, вентиляторы и насосы. Любители обычно используют двигатели в небольших приложениях, требующих движения, таких как робототехника или модули с колесами.

Типы двигателей:

Есть много типов двигателей постоянного тока , но наиболее распространены щеточные или бесщеточные.Также существуют вибрационные двигатели, шаговые двигатели и серводвигатели.

Щеточные двигатели постоянного тока — одни из самых простых и используются во многих бытовых приборах, игрушках и автомобилях. Они используют контактные щетки, которые подключаются к коммутатору для изменения направления тока. Они недороги в производстве, просты в управлении и обладают отличным крутящим моментом на низких скоростях (измеряется в оборотах в минуту или об / мин). Некоторые недостатки заключаются в том, что они требуют постоянного обслуживания для замены изношенных щеток, имеют ограниченную скорость из-за нагрева щеток и могут создавать электромагнитный шум из-за искрения щеток.

Щеточный двигатель постоянного тока

Бесщеточные двигатели постоянного тока используют постоянные магниты в роторном узле. Они популярны на рынке хобби для применения в самолетах и ​​наземных транспортных средствах. Они более эффективны, требуют меньше обслуживания, производят меньше шума и имеют более высокую удельную мощность, чем щеточные двигатели постоянного тока. Они также могут производиться серийно и напоминать двигатель переменного тока с постоянной частотой вращения, за исключением того, что они питаются от постоянного тока. Однако есть несколько недостатков, в том числе то, что ими трудно управлять без специального регулятора, и они требуют низких пусковых нагрузок и специализированных редукторов в приводных приложениях, что приводит к их более высоким капитальным затратам, сложности и экологическим ограничениям.

Бесщеточный двигатель постоянного тока

Вибрационные двигатели используются в приложениях, требующих вибрации, например, в мобильных телефонах или игровых контроллерах. Они генерируются электродвигателем и имеют неуравновешенную массу на приводном валу, которая вызывает вибрацию. Их также можно использовать в неэлектронных зуммерах, которые вибрируют для звуковой сигнализации или для сигналов тревоги или дверных звонков.

Вибрационный двигатель

Когда требуется точное позиционирование, шаговые двигатели — ваш друг.Они используются в принтерах, станках и системах управления технологическими процессами и рассчитаны на высокий удерживающий момент, что дает пользователю возможность переходить от одного шага к другому. У них есть система контроллера, которая определяет положение посредством сигнальных импульсов, отправляемых драйверу, который интерпретирует их и передает пропорциональное напряжение на двигатель. Их относительно просто изготовить и контролировать, но они постоянно потребляют максимальный ток. Расстояние небольшого шага ограничивает максимальную скорость, и шаги можно пропустить при высоких нагрузках.

Шаговый двигатель

Серводвигатели — еще один популярный двигатель на рынке хобби, который используется для неточного управления положением. Их популярные приложения включают приложения дистанционного управления, такие как игрушечные радиоуправляемые автомобили и робототехника. Они состоят из двигателя, потенциометра и схемы управления и в основном управляются с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ), посредством отправки электрических импульсов на провод управления. Сервоприводы могут быть как переменного, так и постоянного тока. Сервоприводы переменного тока могут справляться с более высокими скачками тока и используются в промышленном оборудовании, тогда как сервоприводы постоянного тока предназначены для небольших любительских приложений.Чтобы узнать больше о сервомоторах, ознакомьтесь с нашей статьей Как работают сервомоторы .

Существует три основных типа двигателей переменного тока: асинхронные, синхронные и промышленные.
Асинхронные двигатели называются асинхронными двигателями, поскольку они не вращаются с одинаковой постоянной скоростью или не медленнее, чем указанная частота. Скольжение , разница между фактической и синхронной скоростью, необходима для создания крутящего момента , крутящего момента, вызывающего вращение, в асинхронных двигателях.Магнитное поле, окружающее ротор этих двигателей, создается индуцированным током.

Ротор синхронных двигателей вращается с постоянной скоростью при подаче переменного тока. Их магнитное поле создается постоянными магнитами. Промышленные двигатели предназначены для трехфазных систем с высокой мощностью, таких как конвейеры или воздуходувки. Двигатели переменного тока также можно найти в бытовой технике и других приложениях, таких как часы, вентиляторы и дисководы.

Что нужно учитывать при покупке мотора:

При выборе двигателя необходимо обратить внимание на несколько характеристик, но наиболее важными являются напряжение, ток, крутящий момент и скорость (об / мин).

Ток — это то, что питает двигатель, и слишком большой ток приведет к его повреждению. Для двигателей постоянного тока важны рабочий ток и ток остановки. Рабочий ток — это средняя величина тока, которую двигатель может потреблять при типичном крутящем моменте. Ток останова обеспечивает достаточный крутящий момент для двигателя, чтобы работать со скоростью останова, или 0 об / мин. Это максимальный ток, который двигатель может потреблять, а также максимальная мощность, умноженная на номинальное напряжение. Радиаторы важны, если двигатель постоянно работает или работает с напряжением выше номинального, чтобы катушки не плавились.

Напряжение используется для поддержания протекания чистого тока в одном направлении и для преодоления обратного тока. Чем выше напряжение, тем выше крутящий момент. Номинальное напряжение двигателя постоянного тока указывает на наиболее эффективное напряжение во время работы. Обязательно подайте рекомендованное напряжение. Если вы приложите слишком мало вольт, двигатель не будет работать, тогда как слишком большое напряжение может привести к короткому замыканию обмоток, что приведет к потере мощности или полному разрушению.

Рабочие значения и значения остановки также необходимо учитывать с крутящим моментом.Рабочий крутящий момент — это величина крутящего момента, которую двигатель был спроектирован для передачи, а крутящий момент при остановке — это величина крутящего момента, возникающая при подаче мощности от скорости остановки. Вы всегда должны смотреть на требуемый рабочий крутящий момент, но в некоторых приложениях вам потребуется знать, насколько далеко вы можете толкнуть двигатель. Например, для колесного робота хороший крутящий момент равен хорошему ускорению, но вы должны убедиться, что крутящий момент сваливания достаточно высок, чтобы поднять вес робота. В этом случае крутящий момент важнее скорости.

Скорость или скорость (об / мин) может быть сложной для двигателей. Общее правило состоит в том, что двигатели наиболее эффективно работают на самых высоких скоростях, но это не всегда возможно, если требуется передача. Добавление шестерен снизит эффективность двигателя, поэтому примите во внимание снижение скорости и крутящего момента.

Это основные принципы, которые следует учитывать при выборе двигателя. Подумайте о назначении приложения и о том, какой ток он использует, чтобы выбрать подходящий тип двигателя. Технические характеристики приложения, такие как напряжение, ток, крутящий момент и скорость, будут определять, какой двигатель наиболее подходит, поэтому обязательно обратите внимание на его требования.

Есть ли у вас дополнительные советы по выбору двигателей? Дайте нам знать по телефону [адрес электронной почты защищен] .

Электродвигатель | Encyclopedia.com

Двигатель постоянного тока

Типы двигателей постоянного тока

Двигатели переменного тока

Принципы работы трехфазного двигателя

Ресурсы

Электродвигатель — это машина, используемая для преобразования электрической энергии в механическую. Электродвигатели важны для современной жизни, они используются в пылесосах, посудомоечных машинах, компьютерных принтерах, факсах, водяных насосах, производстве, автомобилях (как обычных, так и гибридных), станках, печатных станках, системах метро и т. Д.

Основные физические принципы работы электродвигателя известны как закон Ампера и закон Фарадея. Первая гласит, что электрический проводник, находящийся в магнитном поле, будет испытывать силу, если любой ток, протекающий через проводник, имеет компонент, расположенный под прямым углом к ​​этому полю. Изменение направления тока или магнитного поля приведет к возникновению силы, действующей в противоположном направлении. Второй принцип гласит, что если проводник перемещается через магнитное поле, то любой компонент движения, перпендикулярный этому полю, будет создавать разность потенциалов между концами проводника.

Электродвигатель состоит из двух основных элементов. Первый, статический компонент, который состоит из магнитных материалов и электрических проводников для создания магнитных полей желаемой формы, известен как статор . Второй, который также сделан из магнитных и электрических проводников для создания определенных магнитных полей, которые взаимодействуют с полями, создаваемыми статором, известен как ротор . Ротор содержит движущийся компонент двигателя, имеющий вращающийся вал для соединения с приводимой в действие машиной и некоторые средства поддержания электрического контакта между ротором и корпусом двигателя (обычно угольные щетки, прижатые к контактным кольцам).В процессе работы электрический ток, подаваемый на двигатель, используется для создания магнитных полей как в роторе, так и в статоре. Эти поля сталкиваются друг с другом, в результате чего ротор испытывает крутящий момент и, следовательно, вращается.

Электродвигатели делятся на две широкие категории, в зависимости от типа применяемой электроэнергии: двигатели постоянного (DC) и переменного тока (AC).

Первый электродвигатель постоянного тока был продемонстрирован Майклом Фарадеем в Англии в 1821 году.Поскольку единственными доступными электрическими источниками был постоянный ток, первые коммерчески доступные двигатели были электродвигателями постоянного тока, которые стали популярными в 1880-х годах. Эти двигатели использовались как для маломощных, так и для больших мощностей, таких как электрические уличные железные дороги. Только в 1890-х годах, когда появилась электроэнергия переменного тока, двигатель переменного тока был разработан, в первую очередь, корпорациями Westinghouse и General Electric. В течение этого десятилетия было решено большинство проблем, связанных с однофазными и многофазными двигателями переменного тока.Следовательно, все основные характеристики электродвигателей были разработаны к 1900 году.

Работа двигателя постоянного тока зависит от взаимодействия полюсов статора с частью ротора или якоря. Статор содержит четное количество полюсов переменной магнитной полярности, каждый полюс состоит из электромагнита, образованного из обмотки полюса, намотанной на сердечник полюса. Когда через обмотку протекает постоянный ток, создается магнитное поле. Якорь также содержит обмотку, в которой ток течет в указанном направлении.Этот ток якоря взаимодействует с магнитным полем в соответствии с законом Ампера, создавая крутящий момент, который поворачивает якорь.

Если бы обмотки якоря вращались вокруг следующего полюса противоположной полярности, крутящий момент работал бы в противоположном направлении, останавливая якорь. Чтобы предотвратить это, ротор содержит коммутатор, который изменяет направление тока якоря для каждого полюсного наконечника, мимо которого вращается якорь, таким образом гарантируя, что все обмотки, проходящие, например, через полюс северной полярности, будут иметь ток, протекающий в в том же направлении, в то время как обмотки, проходящие через южные полюса, будут иметь противоположный ток, чтобы создать крутящий момент в том же направлении, что и крутящий момент, создаваемый северными полюсами.Коммутатор обычно состоит из разъемного контактного кольца, по которому движутся щетки, протекающие по постоянному току.

Вращение обмоток якоря через поле статора создает напряжение на якоре, известное как противо-ЭДС (электродвижущая сила), поскольку оно противостоит приложенному напряжению: это следствие закона Фарадея. Величина противо-ЭДС зависит от напряженности магнитного поля и скорости вращения якоря. При первоначальном включении двигателя постоянного тока нет противо-ЭДС, и якорь начинает вращаться.Счетчик ЭДС увеличивается с вращением. Действующее напряжение на обмотках якоря — это приложенное напряжение за вычетом противо-ЭДС.

Двигатели постоянного тока встречаются чаще, чем мы думаем. Автомобиль может иметь до 20 двигателей постоянного тока для привода вентиляторов, сидений и окон. Они бывают трех разных типов, классифицируемых в зависимости от используемой электрической схемы. В параллельном двигателе якорь и обмотка возбуждения соединены параллельно, поэтому токи через каждую из них относительно независимы.Ток через обмотку возбуждения можно регулировать с помощью реостата возбуждения (переменного резистора), что позволяет изменять скорость двигателя в широких пределах в широком диапазоне условий нагрузки. Этот тип двигателя используется для привода станков или вентиляторов, для которых требуется широкий диапазон скоростей.

В последовательном двигателе обмотка возбуждения соединена последовательно с обмоткой якоря, что приводит к очень высокому пусковому моменту, поскольку как ток якоря, так и напряженность поля максимальны.Однако, как только якорь начинает вращаться, противо-ЭДС снижает ток в цепи, тем самым уменьшая напряженность поля. Серийный двигатель используется там, где требуется большой пусковой крутящий момент, например, в автомобильных стартерах, кранах и подъемниках.

Составной двигатель представляет собой комбинацию последовательного и параллельного двигателей с параллельными и последовательными обмотками возбуждения. Этот тип двигателя имеет высокий пусковой момент и способность изменять скорость и используется в ситуациях, требующих обоих этих свойств, таких как пробивные прессы, конвейеры и лифты.

Двигатели переменного тока встречаются гораздо чаще, чем двигатели постоянного тока, потому что почти все системы электроснабжения работают с переменным током. Существует три основных типа двигателей: многофазные асинхронные, многофазные синхронные и однофазные. Поскольку трехфазные источники питания являются наиболее распространенными многофазными источниками, большинство многофазных двигателей работают от трехфазных. Трехфазные источники питания широко используются в коммерческих и промышленных условиях, тогда как однофазные источники питания почти всегда используются в домашних условиях.

Основное различие между двигателями переменного и постоянного тока заключается в том, что магнитное поле, создаваемое статором, вращается в корпусе переменного тока. Через клеммы вводятся три электрические фазы, каждая фаза питает отдельный полюс поля. Когда каждая фаза достигает своего максимального тока, магнитное поле на этом полюсе достигает максимального значения. По мере уменьшения тока уменьшается и магнитное поле. Поскольку каждая фаза достигает своего максимума в разное время в пределах цикла тока, тот полюс поля, магнитное поле которого является наибольшим, постоянно изменяется между тремя полюсами, в результате чего магнитное поле, видимое ротором, вращается.Скорость вращения магнитного поля, известная как синхронная скорость, зависит от частоты источника питания и количества полюсов, создаваемых обмоткой статора. Для стандартного источника питания 60 Гц, используемого в США, максимальная синхронная скорость составляет 3 600 об / мин.

В трехфазном асинхронном двигателе обмотки ротора не подключены к источнику питания, а

Ключевые термины

AC — Переменный ток, при котором ток, проходящий через цепь, меняет направление потока через равные промежутки времени.

DC — Постоянный ток, при котором ток в цепи примерно постоянен во времени.

Ротор — Та часть электродвигателя, которая может свободно вращаться, включая вал, якорь и связь с машиной.

Статор — Та часть электродвигателя, которая не может вращаться, включая катушки возбуждения.

Крутящий момент — Способность или сила, необходимые для поворота или скручивания вала или другого объекта.

— это, по сути, короткие замыкания.Самый распространенный тип обмотки ротора, обмотка с короткозамкнутым ротором, очень похожа на ходовое колесо, используемое в клетках для домашних песчанок. Когда двигатель первоначально включен, а ротор неподвижен, проводники ротора испытывают изменяющееся магнитное поле, распространяющееся с синхронной скоростью. Согласно закону Фарадея, эта ситуация приводит к индукции токов вокруг обмоток ротора; величина этого тока зависит от импеданса обмоток ротора. Поскольку условия для работы двигателя теперь выполнены, то есть токопроводящие проводники находятся в магнитном поле, ротор испытывает крутящий момент и начинает вращаться.Ротор никогда не может вращаться с синхронной скоростью, потому что не будет относительного движения между магнитным полем и обмотками ротора, и ток не может быть индуцирован. Асинхронный двигатель имеет высокий пусковой момент.

В двигателях с короткозамкнутым ротором скорость двигателя определяется нагрузкой, которую он передает, и числом полюсов, создающих магнитное поле в статоре. Если некоторые полюса включаются или выключаются, скорость двигателя можно регулировать с приращением. В двигателях с фазным ротором сопротивление обмоток ротора может быть изменено извне, что изменяет ток в обмотках и, таким образом, обеспечивает непрерывное регулирование скорости.

Трехфазные синхронные двигатели сильно отличаются от асинхронных двигателей. В синхронном двигателе ротор использует катушку под напряжением постоянного тока для создания постоянного магнитного поля. После того, как ротор приближается к синхронной скорости двигателя, северный (южный) полюс магнита ротора блокируется с южным (северным) полюсом вращающегося поля статора, и ротор вращается с синхронной скоростью. Ротор синхронного двигателя обычно включает в себя обмотку с короткозамкнутым ротором, которая используется для запуска вращения двигателя до подачи питания на катушку постоянного тока.Беличья клетка не действует на синхронных скоростях по причине, описанной выше.

Однофазные асинхронные двигатели и синхронные двигатели, используемые в большинстве бытовых ситуаций, работают по принципам, аналогичным принципам, описанным для трехфазных двигателей.