Как работает мотор: Страница не найдена

Содержание

Мотор машины как работает


Как работает двигатель автомобиля – устройство, принцип действия + видео

Прежде, чем рассматривать вопрос, как работает двигатель автомобиля, необходимо хотя бы в общих чертах разбираться в его устройстве. В любом автомобиле установлен двигатель внутреннего сгорания, работа которого основана на преобразовании тепловой энергии в механическую. Заглянем глубже в этот механизм.

Классическое устройство двигателя включает в себя цилиндр и картер, закрытый в нижней части поддоном. Внутри цилиндра находится поршень с различными кольцами, который перемещается в определенной последовательности. Он имеет форму стакана, в его верхней части располагается днище. Чтобы окончательно понять, как устроен двигатель автомобиля, необходимо знать, что поршень с помощью поршневого пальца и шатуна связывается с коленчатым валом.

Для плавного и мягкого вращения используются коренные и шатунные вкладыши, играющие роль подшипников. В состав коленчатого вала входят щеки, а также коренные и шатунные шейки. Все эти детали, собранные вместе, называются кривошипно-шатунным механизмом, который преобразует возвратно-поступательное перемещение поршня в круговое вращение коленчатого вала.

Верхняя часть цилиндра закрывается головкой, где расположены впускной и выпускной клапаны. Они открываются и закрываются в соответствии с перемещением поршня и движением коленчатого вала. Чтобы точно представить, как работает двигатель автомобиля, видео в нашей библиотеке следует изучить также подробно, как и статью. А пока мы попытаемся выразить его действие на словах.

Как работает двигатель автомобиля – кратко о сложных процессах

Итак, граница перемещения поршня имеет два крайних положения – верхнюю и нижнюю мертвые точки. В первом случае поршень находится на максимальном удалении от коленчатого вала, а второй вариант представляет собой наименьшее расстояние между поршнем и коленчатым валом. Для того чтобы обеспечить прохождение поршня через мертвые точки без остановок используется маховик, изготовленный в форме диска.

Важным параметром у двигателей внутреннего сгорания является степень сжатия, напрямую влияющая на его мощность и экономичность.

Чтобы правильно понять принцип работы двигателя автомобиля, необходимо знать, что в его основе лежит использование работы газов, расширенных в процессе нагревания, в результате чего и обеспечивается перемещение поршня между верхней и нижней мертвыми точками. При верхнем положении поршня происходит сгорание топлива, поступившего в цилиндр и смешанного с воздухом. В результате температура газов и их давление значительно возрастает.

Газы совершают полезную работу, благодаря которой поршень перемещается вниз. Далее через кривошипно-шатунный механизм действие передается на трансмиссию, а затем на автомобильные колеса. Отработанные продукты удаляются из цилиндра через систему выхлопа, а на их место поступает новая порция топлива. Весь процесс, от подачи топлива до вывода отработанных газов, называется рабочим циклом двигателя.

Принцип работы двигателя автомобиля – различия в моделях

Существует несколько основных видов двигателей внутреннего сгорания. Наиболее простым является двигатель с рядным расположением цилиндров. Расположенные в один ряд, они составляют в целом определенный рабочий объем. Но постепенно некоторые производители отошли от такой технологии изготовления к более компактному варианту.

Много моделей используют конструкцию V-образного двигателя. При таком варианте цилиндры расположены под углом друг к другу (в пределах 180-ти градусов). Во многих конструкциях количество цилиндров составляет от 6 до 12 и более. Это позволяет значительно сократить линейный размер двигателя и уменьшить его длину.

Таким образом, разнообразие двигателей позволяет успешно их использовать в автомобилях самого разного назначения. Это могут быть стандартные легковые и грузовые машины, а также спортивные авто и внедорожники. В зависимости от типа двигателя вытекают и определенные технические характеристики всей машины.

Принцип работы любого двигателя автомобиля

Двигатель — сердце. Как много сегодня означает это слово. Без двигателя не работает ни одно устройство, двигатель дает жизнь любому агрегату. В данной статье рассмотрим, что такое двигатель, какие виды бывают, как работает двигатель автомобиля.

Основная задача любого двигателя – превратить топливо в движение. Одним из способов достичь такого можно с помощью сжигания топлива внутри мотора. Отсюда и название двигатель внутреннего сгорания. Но, кроме ДВС следует различать и двигатель внешнего сгорания. Примером служит паровой двигатель теплохода, когда его топливо (дерево, уголь) сгорают за пределами мотора, генерируя пар, являющийся движущей силой. Двигатель внешнего сгорания не так эффективен как внутреннего.

На сегодняшний день широкого распространения получил двигатель внутреннего сгорания, которым укомплектованы все автомобили. Несмотря на то, что КПД ДВС не близко к отметке 100 %, лучшие ученые и инженеры трудятся над доведением до совершенства.

По видам двигателя делятся:

• Бензиновые: могут быть как карбюраторными так и инжекторными, используется система впрыска.

• Дизельные: работают на основе дизельного топлива, которое под давлением распыляется в камере сгорания топливной форсункой.

• Газовые: работают на основе сжиженного или сжатого газа, произведённого от переработки угля, торфа, дерева. Итак, перейдем к начинке мотора.

• Основным механизмом является блок цилиндров, он же часть корпуса механизма. Блок состоит из различных каналов внутри себя, что служит для циркуляции охлаждающей жидкости, снижая температуру механизма, в народе называется рубашка охлаждения.

• Внутри блока цилиндров расположены поршни, их количество зависит от конкретного двигателя. На поршень одеваются в верхней части компрессионные кольца, а в нижней маслосъемные. Компрессионные кольца служат для создания герметичности при сжатии для воспламенения, а маслосъемные для забора смазывающей жидкости со стенки блока цилиндров и предотвращения попадания масла в камеру сгорания.

• Кривошипно-шатунный механизм: передает вращательный момент от поршня к коленвалу. Состоит из поршней, цилиндров, головок, поршневых пальцев, шатунов, картера, коленвала.

Алгоритм работы двигателя достаточно прост: топливо распыляется форсункой в камере сгорания, где перемешивается с воздухом и под воздействием искры образованная смесь воспламеняется.

Образованные газы толкают поршень вниз и вращательный момент передается коленвалу, который передает вращение трансмиссии. С помощью шестеренного механизма происходит движение колес.

Если сотворить бесперебойный цикл воспламенений горючей смеси за определенное количество времени, то получим примитивный двигатель.

Современные моторы основаны на четырехтактном цикле сгорания для превращения топлива в движение транспорта. Иногда такой такт называют в честь немецкого ученого Отто Николауса, сотворивший в 1867 году такт, состоящий из таких циклов: впуск, сжатие, горение, выведение продуктов сгорания.

Описание и предназначение систем:

• Система питания: дозирует образованную смесь воздуха и топлива и подает ее в камеры сгорания — цилиндры двигателя. В карбюраторном варианте состоит из карбюратора, воздушного фильтра, впускного трубоканала, фланца, топливного насоса с отстойником, бензобака, топливопровода.

• Система газораспределения: балансирует процессы впуска горючей смеси и выпуска отработанных газов. Состоит из шестерен, кулачкового вала, пружины, толкателя, клапана.

• Система зажигания: предназначена для подачи тока на контакт свечи для воспламенения рабочей смеси.

• Система охлаждения: уберегает мотор от перегрева, путем циркуляции и охлаждения жидкости.

• Система смазки: подает смазывающую жидкость к трущимся деталям, с целью минимизации трения и износа.

В данной статье рассмотрены понятие двигателя, его виды, описание и назначение отдельных систем, такт и его циклы.

Многие инженеры работают на тем, чтобы минимизировать рабочий объем мотора и существенно увеличить мощность, сократив потребление топлива. Новинки автопрома в очередной раз подтверждают рациональность конструкторских разработок.

Как работает двигатель автомобиля

У каждого из нас есть определенный автомобиль, однако лишь некоторые водители задумываются о том, как устроен двигатель автомобиля.

Нужно понимать также, что полностью знать устройство двигателя автомобиля необходимо лишь специалистам, работающим на СТО.

К примеру, у многих из нас есть различные электронные устройства, но это вовсе не означает, что мы должны понимать, как они устроены. Мы просто пользуемся ими по прямому назначению. Однако с машиной ситуация немного другая.

Все мы понимаем, что появление неполадок в двигателе автомобиля напрямую влияет на наше здоровье и жизнь. От правильной работы силового агрегата нередко зависит качество езды, а также безопасность людей, которые находятся в автомобиле.

По этой причине, рекомендуем уделить внимание изучению данного раздела о том, как работает двигатель автомобиля и из каких узлов он собран.

Как работает двигатель и из чего он состоит?

Принцип работы двигателя автомобиля – это вопрос, интересующий практически каждого автовладельца. В ходе первого ознакомления со строением двигателя все выглядит очень сложным. Однако в реальности, с помощью тщательного изучения, устройство двигателя становится вполне понятным. В случае необходимости знания о принципе работы двигателя можно использовать в жизни.

1. Блок цилиндров представляет собой своеобразный корпус мотора. Внутри него расположена система каналов, которая используется для охлаждения и смазки силового агрегата. Он используется в качестве основы для дополнительного оборудования, к примеру, картера и головки блока цилиндров.

2. Поршень, являющийся пустотелым стаканом из металла. На его верхней части расположены «канавки» для поршневых колец.

3. Поршневые кольца. Кольца, расположенные внизу, называются маслосъемными, а верхние – компрессионные. Верхние кольца обеспечивают высокий уровень сжатия или компрессию смеси топлива и воздуха. Кольца используются для обеспечения герметичности камеры сгорания, а также в качестве уплотнителей, предотвращающих попадание масла в камеру сгорания.

4. Кривошипно-шатунный механизм. Отвечает за передачу возвратно-поступательной энергии поршневого движения на коленчатый вал двигателя.

Многие автолюбители не знают, что на самом деле принцип работы ДВС является достаточно несложным. Сначала топливо попадает из форсунок в камеру сгорания, где оно смешивается с воздухом. Затем свеча зажигания выдает искру, которая вызывает воспламенение топливно-воздушной смеси, из-за чего она взрывается.

Газы, которые формируются в результате этого, двигают поршень вниз, в процессе чего он передает соответствующее движение коленчатому валу. Коленвал начинает вращать трансмиссию. После этого набор специальных шестерён осуществляет передачу движения на колеса передней или задней оси (в зависимости от привода, может и на все четыре).

Именно так работает двигатель автомобиля. Теперь вас не смогут обмануть недобросовестные специалисты, которые возьмутся за ремонт силового агрегата вашей машины.

Конструкция распредвала: устройство и принцип работы

Двигатель автомобиля представляет собой сложнейший механизм, одним из важнейших элементов которого является распределительный вал, входящий в состав ГРМ…

Воздушный фильтрующий элемент автомобиля

Фильтр воздушный автомобильный – устройство, основной задачей которого является улавливание минеральной пыли, сажи и органических остатков, взвешенных в воздухе, всасываемом мотором…

Система выпуска отработавших газов

Выпускная система (другое наименование — система выпуска отработавших газов, выхлопная система) предназначена для отвода отработавших газов из цилиндров двигателя, их охлаждения, а также снижения шума и токсичности…

DOHC — газораспределительная система двигателя

DOHC – это вид газораспределительных систем двигателей внутреннего сгорания, его так же называют TwinCam…

Система изменения фаз газораспределения

Фазами газораспределения принято считать момент с начала открытия и до конца закрытия впускного или выпускного клапана, относительно положения поршня (верхняя или нижняя мертвая точка), выраженного в градусах угла поворота коленчатого вала…

Принцип работы турбины двигателя

Принцип работы турбины основан на повышении мощности двигателя за счет увеличения количества воздуха, поступающего в цилиндры…

Система турбонаддува — принцип работы турбины

Турбонаддув – способ увеличения мощности двигателя автомобиля за счет увеличения подачи воздуха в цилиндры, не изменяя при этом его (двигателя) объема…

Степень сжатия двигателя, компрессия и октановое число

Под этим термином понимают отношение объема пространства над поршнем в момент, когда он находится в нижней мертвой точке…

Карбюраторный двигатель: принцип работы, устройство и регулировка

Карбюраторный двигатель — один из типов двигателя внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием…

Принцип работы дизельного двигателя

Дизельные двигатели очень похожи по конструкции на бензиновые двигатели и также работают по двух- или четырехтактному циклу…

Принцип работы гибридного двигателя

Гибридным автомобилем называется механическое транспортное средство, приводимое в движение с помощью гибридной силовой установки.

Роторный двигатель: принцип работы и устройство

Роторный двигатель представляет собой двигатель внутреннего сгорания, устройство которого в корне отличается от обычного поршневого двигателя.

Как работает двигатель Стирлинга

Стирлинг — это устройсво преобразующее тепловую энергию в механическую ну как двигатель, с тем лиш отличием, что эта тепловая энергия приходит к нему из вне, а не производится им непосредственно(как это происходит например в двигателе внутреннего сгорания).

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС)

Как работает двигатель и почему называется четырехтактным двигателем внутреннего сгорания…

Порядок работы цилиндров двигателя у авто

Информация о порядке работы цилиндров двигателя авто непременно понадобится в том случае, если нужно будет подключить высоковольтные провода или трубопроводы в дизельном агрегате…

Принцип работы инжекторного двигателя

Инжекторные двигатели пришли на смену карбюраторным ДВС, так как являются более экономичными и в меньшей степени загрязняют окружающую среду…

Работа двухтактного двигателя

В двухтактных двигателях все рабочие циклы (процессы впуска топливной смеси, выпуска отработанных газов, продувки) происходят в течении одного оборота коленвала за два основных такта…

Принцип работы системы охлаждения двигателя

В данную систему входит несколько элементов: расширительный бачок, термостат, вентилятор, насос, соединительные шланги, датчик температуры, рубашка охлаждения блока цилиндров, охлаждающая жидкость, и, конечно же, радиатор…

Как работает автомобиль: двигатель

Вы бы могли подумать, что ежемесячно пользователи Интернета более 6 тыс. раз спрашивают поисковую систему Яндекс «Как работает автомобиль?». Узнав об этом, нам стало ясно, что это большая и интересная тема для серии публикаций, потому, что автомобиль сложное инженерное устройство и простого ответа на этот вопрос быть не может. Этой публикацией мы начинаем цикл статей, в которой расскажем принципы работы основных узлов современного автомобиля. И первый будет статья о том, как работает двигатель автомобиля: «Как работает автомобиль: двигатель».

Бензиновый двигатель внутреннего сгорания — это сердце автомобиля. Двигатель  — это сложное электро-механическое устройство, построенное для преобразования тепла от горения топлива в энергию для того, что будет вращать колеса.

Схема четырех-целиндрового двигателя внутреннего сгорания (ДВС)

  1. Картер. В нем находятся погруженные в моторное масло движущиеся части двигателя.
  2. Коленчатый вал (коленвал). Передает энергию вращения через маховик (4) и коробку передач на колеса.
  3. Шатун. Превращает энергию толкания от поршня (5) в энергию вращения на коленвал (2).
  4. Маховик. Массивное стальное зубчатое колесо, прикрепленное к концу коленвала (2). Маховик помогает передавать энергию вращения сглаживая толкательные импульсы каждого поршня (5) так, что вращение идет равномерно.
  5. Поршень. Поршни снабжены стальными кольцами в верхней части, которые заполняют пространство между головкой поршня и стенками цилиндра. Это нужно, что бы сделать камеру сгорания герметичной.
  6. Распределительный вал (распредвал). Предназначен для открытия впускных и выпускных каналов (клапанов) в нужный момент и подачи в камеру сгорания топливной смеси и отвода выхлопных газов.
  7. Ремень распредвала или ремень привода газораспределительного механизма (ГРМ). Ремень ГРМ нужен для вращения распредвала (6) в определенной синхронной зависимости от коленвала (2) двигателя.

Цепная реакция, которая способствуют достижению этой цели, приводится в действие с помощью электрической искры, которая поджигает смесь паров бензина и сжатого воздуха внутри каждого герметичного цилиндра и заставляет смесь быстро сгорать. Именно поэтому такие двигатель называется двигателем внутреннего сгорания. Когда смесь сгорает, она расширяется, обеспечивая энергию для автомобиля привода.

Чтобы выдерживать тяжелые внутренние нагрузки, двигатель должен быть прочной конструкцией. Типичный двигатель внутреннего сгорания состоит из двух основных частей:

  • нижней, более тяжелой секции блока цилиндров с кожухом для главных движущихся частей;
  • верхней, съемная верхняя крышка головки цилиндров.

Головка цилиндров содержит клапаны контролирующие каналы, через которые воздух и топливная смесь поступает в цилиндры, и каналы, через которые убираются газы, образующиеся при сжигании топливной смеси.

В блоке цилиндров размещается коленчатый вал, преобразующий возвратно-поступательное движение от поршней во вращательное движение на коленчатый вал. Часто в блоке цилиндров также находится распределительный вал. Он управляет механизмами, которые открывают и закрывают клапаны в головку блока цилиндров.

Рядный двигатель V-8 двигатель Горизонтально-оппозитный двигатель

Простейший и наиболее распространенный тип двигателя состоит из четырех вертикальных цилиндров расположенных друг за другом в ряд. Такой тип двигателей, известен как рядный двигатель. Автомобили с объемов свыше 2000 куб. см часто имеют шесть цилиндров в один ряд.

Более компактный V-образный двигатель, устанавливаемый на некоторые автомобили, имеет ряды цилиндров расположенные напротив друг друга под углом до 90 градусов. Такие двигатели имеют восемь или двенадцать цилиндров в двух рядах, а также иногда встречаются двигатели и с шестью цилиндрами.

Некоторые двигатели имеют горизонтально расположенные цилиндры. Они являются модификацией V-образных двигателей, у которых угол взаимного положения рядов цилиндров был увеличен до 180 градусов. Их преимущества заключаются в том, что они имеют скромные габариты по высоте, а также есть определенные преимущества в плане баланса двигателя.

Цилиндры, в которых работают поршни, целиком отлиты в блоке цилиндров. Таким же образом на корпусе двигателя отлиты разнообразные крепления для дополнительного оборудования, такого как, например, фильтр для масла, которое смазывает двигатель, и насос для топлива. Масляный резервуар, называемый «поддон», крепится болтами под картер двигателя.

Блок цилиндров и головка цилиндров, как правило, сделаны из чугуна. Но иногда производители выбирают для изготовления двигателей специальные алюминиевые сплавы, потому что алюминий легче и более эффективно рассеивает тепло.

Информация о статье

Как работает автомобиль: двигатель Этой публикацией мы начинаем цикл статей, в которой расскажем принципы работы основных узлов современного автомобиля. И первый будет наша статья о том, как работает двигатель автомобиля под названием: «Как работает автомобиль: двигатель». Как работает двигатель автомобиля Бензиновый двигатель внутреннего сгорания — это сердце автомобиля. Это сложное электро-механическое устройство, построенное для преобразования тепла от горения топлива в энергию для того, что будет вращать колеса.

Видео: как работает мотор Ф1

Компания Renault Sport F1 выпустила видеоролик, где рассказывает о ключевых особенностях гоночных моторов Формулы 1, сконструированных к сезону 2014 года. В частности, там рассматривается механизмы повторного использования энергии и особенности режимов работы силовой установки по ходу круга.

«В 2014 году Формула 1 вступает в новую эру. Впервые в истории чемпионата мира машины будут приводиться в движение как за счет сгорания топлива, так и благодаря электрической энергии, произведённой высокотехнологичной силовой установкой.

Это и впрямь больше не просто мотор, а нечто большее. В единую систему входят турбонагнетатель, классический двигатель внутреннего сгорания с конфигурацией V6, мощная батарея для хранения энергии и два мотор-генератора (MGU), один из которых приводится в действие тепловой энергией отработавших газов, а другой – механической в моменты торможений.

Вся система работает как единое целое, а по ходу гоночной дистанции в автомобиле задействуются оба механизма повторного использования энергии: каждый из генераторов напрямую связан с мотором, смонтированным на шасси.

На разгонах основная нагрузка ложится на двигатель внутреннего сгорания, причем турбина раскручивается до 100 тысяч оборотов в минуту. В этой фазе тепловой генератор MGU-H (от англ. Heat – тепло) аккумулирует энергию из выхлопных газов, которые выводятся через единственную трубу, расположенную на продольной оси машины.

Эта энергия или запасается в батарее для последующего использования, или сразу направляется на второй генератор MGU-K (от англ. Kinetic – кинетический), соединенный с коленчатым валом двигателя и работающий в данном случае как электромотор, повышая общую мощность автомобиля.

Когда пилот начинает торможение в конце прямой, MGU-K переходит в режим генератора и отбирает энергию из тормозной системы. Она также аккумулируется в батарее.

При прохождения медленного участка падает не только скорость машины, но и частота вращения коленвала двигателя, а также турбины. Чтобы избежать явления, известного как задержка или «турбо-яма», в момент начала разгона, MGU-H переходит в режим мотора и помогает раскручивать турбину до высокой угловой скорости.

Столь сложная система получения и последующего использования энергии контролируется управляющей электроникой. У пилота есть возможность выбора нескольких предварительно заданных режимов, что обеспечивает необходимую тактическую гибкость и дает возможность задействовать дополнительную мощность при попытке обгона.

Продвинутая система ERS и ограничения по мгновенной величине расхода горючего делают современные двигатели Ф1 самыми топливно-эффективными устройствами такого типа».

Как работает двигатель самолета

Впервые самолет с турбореактивным двигателем (ТРД) поднялся в воздух в 1939 году. С тех пор устройство двигателей самолетов совершенствовалось, появились различные виды, но принцип работы у всех них примерно одинаковый. Чтобы понять, почему воздушное судно, имеющий столь большую массу, так легко поднимается в воздух, следует узнать, как работает двигатель самолета. ТРД приводит в движение воздушное судно за счет реактивной тяги. В свою очередь, реактивная тяга является силой отдачи струи газа, которая вылетает из сопла. То есть получается, что турбореактивная установка толкает самолет и всех находящихся в салоне людей с помощью газовой струи. Реактивная струя, вылетая из сопла, отталкивается от воздуха и таким образом, приводит в движение воздушное судно.

Устройство турбовентиляторного двигателя

Конструкция

Устройство двигателя самолета достаточно сложное. Рабочая температура в таких установках достигает 1000 и более градусов. Соответственно, все детали, из которых двигатель состоит, изготавливаются из устойчивых к воздействию высоких температур и возгоранию материалов. Из-за сложности устройства существует целая область науки о ТРД.

ТРД состоит из нескольких основных элементов:

  • вентилятор;
  • компрессор;
  • камера сгорания;
  • турбина;
  • сопло.

Перед турбиной установлен вентилятор. С его помощью воздух затягивается в установку извне. В таких установках используются вентиляторы с большим количеством лопастей определенной формы. Размер и форма лопастей обеспечивают максимально эффективную и быструю подачу воздуха в турбину. Изготавливаются они из титана. Помимо основной функции (затягивания воздуха), вентилятор решает еще одну важную задачу: с его помощью осуществляется прокачка воздуха между элементами ТРД и его оболочкой. За счет такой прокачки обеспечивается охлаждение системы и предотвращается разрушение камеры сгорания.

Возле вентилятора расположен компрессор высокой мощности. С его помощью воздух поступает в камеру сгорания под высоким давлением. В камере происходит смешивание воздуха с топливом. Образующаяся смесь поджигается. После возгорания происходит нагрев смеси и всех расположенных рядом элементов установки. Камера сгорания чаще всего изготавливается из керамики. Это объясняется тем, что температура внутри камеры достигает 2000 градусов и более. А керамика характеризуется устойчивостью к воздействию высоких температур. После возгорания смесь поступает в турбину.

Вид самолетного двигателя снаружи

Турбина представляет собой устройство, состоящее из большого количества лопаток. На лопатки оказывает давление поток смеси, приводя тем самым турбину в движение. Турбина вследствие такого вращения заставляет вращаться вал, на котором установлен вентилятор. Получается замкнутая система, которая для функционирования двигателя требует только подачи воздуха и наличия топлива.

Далее смесь поступает в сопло. Это завершающий этап 1 цикла работы двигателя. Здесь формируется реактивная струя. Таков принцип работы двигателя самолета. Вентилятор нагнетает холодный воздух в сопло, предотвращая его разрушение от чрезмерно горячей смеси. Поток холодного воздуха не дает манжете сопла расплавиться.

В двигателях воздушных судов могут быть установлены различные сопла. Наиболее совершенными считаются подвижные. Подвижное сопло способно расширяться и сжиматься, а также регулировать угол, задавая правильное направление реактивной струе. Самолеты с такими двигателями характеризуются отличной маневренностью.

Виды двигателей

Двигатели для самолетов бывают различных типов:

  • классические;
  • турбовинтовые;
  • турбовентиляторные;
  • прямоточные.

Классические установки работают по принципу, описанному выше. Такие двигатели устанавливают на воздушных судах различной модификации. Турбовинтовые функционируют несколько иначе. В них газовая турбина не имеет механической связи с трансмиссией. Эти установки приводят самолет в движение с помощью реактивной тяги лишь частично. Основную часть энергии горячей смеси данный вид установки использует для привода воздушного винта через редуктор. В такой установке вместо одной присутствует 2 турбины. Одна из них приводит компрессор, а вторая – винт. В отличие от классических турбореактивных, винтовые установки более экономичны. Но они не позволяют самолетам развивать высокие скорости. Их устанавливают на малоскоростных воздушных судах. ТРД позволяют развивать гораздо большую скорость во время полета.

Турбовентиляторные двигатели представляют собой комбинированные установки, сочетающие элементы турбореактивных и турбовинтовых двигателей. Они отличаются от классических большим размером лопастей вентилятора. И вентилятор, и винт функционируют на дозвуковых скоростях. Скорость перемещения воздуха понижается за счет наличия специального обтекателя, в который помещен вентилятор. Такие двигатели более экономично расходуют топливо, чем классические. Кроме того, они характеризуются более высоким КПД. Чаще всего их устанавливают на лайнерах и самолетах большой вместительности.

Размер двигателя самолета относительно человеческого роста

Прямоточные воздушно-реактивные установки не предполагают использование подвижных элементов. Воздух втягивается естественным путем благодаря обтекателю, установленному на входном отверстии. После поступления воздуха двигатель работает аналогично классическому.

Некоторые самолеты летают на турбовинтовых двигателях, устройство которых гораздо проще, чем устройство ТРД. Поэтому у многих возникает вопрос: зачем использовать более сложные установки, если можно ограничиться винтовой? Ответ прост: ТРД превосходят винтовые двигатели по мощности. Они мощнее в десятки раз. Соответственно, ТРД выдает гораздо большую тягу. Благодаря этому обеспечивается возможность поднимать в воздух большие самолеты и осуществлять перелеты на высокой скорости.

Facebook

Twitter

Вконтакте

Одноклассники

Google+

Как работает роторный двигатель

Что такое роторный двигатель? Как при малом объеме он развивает высокую мощность? Почему роторные двигатели так редко встречаются? Сейчас во всем разберемся!

Двигатель роторного типа или ванкель, был разработан еще в 1957 году Феликсом Ванкелем и Вальтером Фройде. Первое время двигатель активно использовался на различных автомобилях, а затем даже на мотоциклах, но со временем стал появляться все реже.

Что такое роторный двигатель?

Роторный двигатель — это 4-х тактный двигатель внутреннего сгорания. Однако, его строение очень сильно отличается от привычного нам поршневого движка. В виду отсутствия множества элементов, роторный двигатель конструктивно проще поршневого.

Hercules W-2000. Объем 294 см3. Мощность до 32 л.с.

В момент, когда вершина ротора находится на уровне впускного отверстия, открывается впускной клапан, и благодаря вращению ротора происходит заполнение камеры «впуска». Такт работы двигателя проходит в отдельном «цилиндре». Чтобы разобраться как устроен двигатель, нужно рассмотреть его принцип работы.

Принцип работы.

1 такт — подача топлива.

В момент, когда вершина ротора находится на уровне впускного отверстия, открывается впускной клапан, и, благодаря вращению ротора, происходит заполнение камеры «впуска».

2 такт — сжатие.

Благодаря форме ротора и «цилиндра», рабочая смесь попадает в камеру «сжатия», где она прижимается ротором к стенке «цилиндра».

3 такт — рабочий (воспламенение).

Когда рабочая смесь находится в максимально сжатом состоянии происходит воспламенение (обычно посредствам 2-х свечей). Высвобождающаяся энергия от воспламенения вращает ротор на 1-й такт.

4 такт — выпуск.

После воспламенения отработанная смесь высвобождается через выпускное отверстие.

Как при малом объеме достигается высокая мощность?

Высокая мощность двигателей роторного типа обусловлена тем, что на выходе каждый такт идет как рабочий. Так как ротор заменяет собой минимум 4 поршня, используя малый объем и возможность развивать высокие обороты, двигатели роторного типа имеют преимущество примерно в 2-3 раза над поршневыми ДВС.

К тому же у роторного двигателя есть еще несколько плюсов:

  • двигатель отлично сбалансирован, как следствие практически нет вибрации;
  • компактность и малый вес, как следствие возможность добиться оптимального расположения и разрисовки по осям;
  • простота конструкции.

Почему роторные двигатели настолько редкие?

Причин здесь несколько:

Сложность конструкции. Производство двигателя роторного типа требует больших затрат. Это обусловлено необходимостью использовать специальное высокоточное оборудование и качественные износостойкие материалы.

Маленький ресурс и неремонтопригодность. Для качественной работы двигателя необходима точная подгонка всех элементов, а так как в процессе использования двигателя происходит износ комплектующих (особенно ротора и корпуса-цилиндра), то не только снижается КПД, но и в разы повышается расход масла.

Локальный перегрев. Роторный двигатель очень боится перегрева. Причиной этому служит малое пятно контакта цилиндра и ротора, которое и является причиной частого перегрева этих моторов.

А на сегодня все!


Двигатель внутреннего сгорания на водороде: устройство и принцип работы

Как известно, поршневой двигатель внутреннего сгорания имеет как плюсы, так и целый ряд определенных недостатков. Прежде всего, глобальной проблемой является токсичный выхлоп бензиновых и дизельных ДВС, а также постоянная потребность в нефтяном топливе. Не сильно меняется ситуация и после перевода автомобиля на газ, так как установка ГБО также не решает всех задач.

С учетом данных особенностей постоянно ведутся разработки альтернативных вариантов. Сегодня реальным конкурентом ДВС является электродвигатель. При этом относительно небольшой запас хода, высокая стоимость аккумуляторных батарей и всего электрокара (электромобиля) в целом, а также отсутствие развитой инфраструктуры по ремонту и обслуживанию таких машин закономерно тормозит их популяризацию.

По этой причине автопроизводители постоянно работают над тем, чтобы получить «безвредный» для окружающей среды и относительно дешевый в производстве силовой агрегат, который при этом не будет нуждаться в дорогом топливе.

Среди подобных двигателей следует отдельно выделить водородный ДВС, который вполне может заменить существующий на сегодня дизельный или бензиновый мотор, причем в обозримой перспективе. Давайте рассмотрим, как работает водородный двигатель, какую конструкцию имеет подобный мотор и в чем заключаются его особенности.

Содержание статьи

История создания водородного двигателя

Начнем с того, что идеи построить водородный мотор появились еще в 1806 г. Основоположником стал Франсуа Исаак де Риваз, который получал водород из воды методом электролиза. Как видно, двигатель на водороде «родился» задолго до того, как был поднят ряд вопросов касательно окружающей среды и токсичности выхлопа.

Другими словами, попытки запустить ДВС на водороде были предприняты не для защиты окружающей среды, а в целях банального использования водорода в качестве топлива. Спустя несколько десятков лет (в 1841 г.) был выдан первый патент на такой двигатель, в 1852 г. в Германии появился агрегат, который успешно работал на смеси воздуха и водорода.

Во времена Второй мировой войны, когда возникли сложности с поставками нефтяного топлива, техник из СССР Борис Исаакович Шелищ, который был родом из Украины, заложил основы российской водородной энергетики. Он также предложил использовать смесь водорода и воздуха в качестве горючего  для ДВС, после чего его идеи быстро нашли практическое применение. В результате появилось около полутысячи двигателей, работавших на водороде.

Однако после окончания войны дальнейшее развитие водородного двигателя было приостановлено как в СССР, так и во всем мире. Затем об этом двигателе вспомнили только тогда, когда в 70-е годы XX века случился топливный кризис. В результате компания BMW в 1979 г. построила автомобиль, двигатель которого использовал водород в качестве основного топлива. Агрегат работал относительно стабильно, не было взрывов и выбросов водяного пара.

Другие автопроизводители также начали работы в этой области, в результате чего к концу XX века появилось не только много прототипов, но и вполне успешно действующих образцов двигателей на водородном топливе (бензиновый и дизельный двигатель на водороде).

Однако после того как топливный кризис окончился, работы над водородными ДВС также были свернуты. Сегодня интерес к альтернативным источникам энергии снова растет, теперь уже по причине серьезных экологических проблем, а также с учетом того, что запасы нефти на планете быстро сокращаются и на нефтепродукты закономерно растут цены.

Также правительства многих стран стремятся стать энергонезависимыми, а водород является вполне доступной альтернативой. На сегодняшний день над водородными ДВС ведут работы GM, BMW, Honda, корпорация Ford и т.д.

Работа двигателя на водороде: особенности водородного ДВС

Начнем с того, что двигатель внутреннего сгорания на водороде по своей конструкции не сильно отличается от обычного ДВС. Все те же цилиндры и поршни, камера сгорания и сложный кривошипно-шатунный механизм для преобразования возвратно поступательного движения в полезную работу.

Единственное, в цилиндрах сгорает не бензин, газ или солярка, а смесь воздуха и водорода. Также нужно учитывать и то, что способ подачи водородного топлива, смесеобразование и воспламенение также несколько другой по сравнению с аналогичными процессами в традиционных аналогах.

Прежде всего, горение водорода по сравнению с нефтяным топливом отличается тем, что водород сгорает намного быстрее. В обычном двигателе смесь бензина или солярки с воздухом заполняет камеру сгорания тогда, когда поршень почти поднялся в ВМТ (верхняя мертвая точка), затем топливо какое-то время горит и уже после этого газы давят на поршень.

На водороде реакция протекает быстрее, что позволяет сдвинуть наполнение цилиндра на момент, когда поршень уже начинает движение в НМТ (нижняя мертвая точка). Также после того, как протекает реакция, результатом становится обычная вода вместо токсичных выхлопных газов. Как видно, на первый взгляд стандартный двигатель относительно легко подстроить под водородное топливо путем доработок впуска, выпуска и системы питания, однако это не так.

Первая проблема заключается в том, как получать необходимый водород. Как известно, водород находится в составе воды и является распространенным элементом, однако в чистом виде практически не встречается. По этой причине для максимальной автономности на транспортное средство нужно отдельно ставить водородные установки, чтобы «расщеплять» воду, позволяя мотору питаться необходимым топливом.

Идея кажется привлекательной. Более того, можно даже обойтись без наружного воздуха на впуске и создать закрытую топливную систему. Другими словами, после каждого раза, когда в камере сгорит заряд, в цилиндре будет оставаться водяной пар. Если этот пар пропустить через радиатор, произойдет конденсация, то есть снова образуется вода, из которой можно повторно получить водород.

Однако чтобы этого добиться, на автомобиле должна стоять установка для электролиза (электролизер), которая и будет отделять водород от воды, чтобы затем получить нужную реакцию с кислородом в камере сгорания. На практике установка получается сложной и дорогой, а создать такую закрытую систему довольно сложно.

Дело в том, что любой двигатель внутреннего сгорания независимо от типа топлива все равно нуждается в системе смазки, чтобы защитить нагруженные узлы и трущиеся пары. Если просто, без моторного масла никак не обойтись. При этом масло частично попадает в камеру сгорания и затем в выхлоп. Это значит, что полностью изолировать топливную систему на водороде (не использовать наружный воздух) практически нереализуемая задача.

По этой причине современные водородные двигатели внутреннего сгорания больше напоминают газовые двигатели, то есть агрегаты на газе пропане. Чтобы использовать водород вместо пропана, достаточно изменить настройки такого ДВС. Правда, КПД на водороде несколько снижается. Однако и водорода нужно меньше, чтобы получить необходимую отдачу от мотора. При этом никаких установок для автономного получения водорода не предполагается.

Что касается попытки подать водород в обычный бензиновый или дизельный двигатель, автоматически возникают риски и сложности. Прежде всего, высокие температуры и степень сжатия могут привести к тому, что водород будет вступать в реакцию с нагретыми элементами ДВС и моторным маслом.

Также даже небольшая утечка водорода может стать причиной того, что топливо попадет на разогретый выпускной коллектор, после чего может произойти взрыв или пожар. Чтобы этого не случилось, для работы на водороде чаще задействуют  роторные двигатели. Такой тип ДВС больше подходит для этой задачи, так как их конструкция предполагает увеличенное расстояние между впускным и выпускным коллектором.

Так или иначе, даже с учетом всех сложностей, ряд проблем удается обойти не только на роторных, но даже и на поршневых моторах, что позволяет водороду считаться достаточно перспективной альтернативой бензину, газу или солярке. Например, экспериментальная версия модели BMW 750hL, которую представили в 2000 году, имеет водородный двигатель на 12 цилиндров. Агрегат успешно работает на таком горючем и способен разогнать автомобиль до скорости около 140 км/час.

Правда, никаких отдельных установок для получения водорода из воды  на машине не имеется. Вместо этого стоит особый бак, который просто заправлен водородом. Запас хода  на полном баке водорода составляет около 300  км. После того, как водород закончится, двигатель в автоматическом режиме начинает работать на бензине.

Двигатель на водородных топливных элементах

Обратите внимание, под водородными двигателями понимаются как агрегаты, работающие на водороде (водородный ДВС), так и моторы, которые используют водородные топливные элементы. Первый тип мы уже рассмотрели выше, теперь давайте остановимся на втором варианте.

Топливный элемент на водороде фактически представляет собой «батарейку». Другими словами, это водородный аккумулятор с высоким КПД около 50%. Устройство основано на физико-химических процессах, в корпусе такого топливного элемента имеется особая мембрана, проводящая протоны. Эта мембрана разделяет две камеры, в одной из которых стоит анод, а в другой катод.

В камеру, где расположен анод, поступает водород, а в камеру с катодом попадает кислород. Электроды дополнительно покрыты дорогими редкоземельными металлами (зачастую, платиной).  Это позволяет играть роль катализатора, который оказывает воздействие на молекулы водорода.  В результате водород теряет электроны. Одновременно протоны идут через мембрану на катод, при этом катализатор также воздействует и на них. В итоге происходит соединение протонов с электронами, которые поступают снаружи.

Такая реакция образует воду,  при этом электроны из камеры с анодом поступают в электрическую цепь. Указанная цепь подключена к двигателю. Простыми словами, образуется электричество, которое заставляет двигатель работать от такого водородного топливного элемента.

Подобные водородные двигатели позволяет пройти не менее 200 км. на одном заряде. Основным минусом является высокая стоимость топливных элементов по причине использования платины, палладия и других дорогих металлов. В результате конечная стоимость транспорта с таким двигателем сильно возрастает.

Водородный двигатель: дальнейшие перспективы

Сегодня над созданием экологичных двигателей трудятся многие компании. Некоторые идут по пути создания двигателей-гибридов, другие делают ставку на электромобили и т.д. Что касается водородных установок, в плане экологии и производительности данный вариант также может в ближайшее время составить конкуренцию ДВС на бензине, газе или дизтопливе.

Водородные двигатели показали себя несколько лучше, чем самые продвинутые электрокары. Например, японская модель Honda Clarity. Единственное, остался такой недостаток, как способы  и возможности заправки. Дело в том, что инфраструктура водородных заправочных станций не особенно развита, причем в мировом масштабе.

Также не особенно большим является и сам выбор водородных  легковых авто. Кроме Honda Clarity можно разве что упомянуть Mazda RX8 Hydrogen, а также BMW Hydrogen 7. Фактически это автомобили-гибриды, которые работают на жидком водороде и бензине. Еще можно добавить в список Mercedes GLC F-Cell. Эта модель имеет возможность подзарядки от бытовой сети электропитания и позволяет пройти до 500 км. на одном заряде.

Дополнительно стоит отметить модель Toyota Mirai. Автомобиль работает только на водороде, одного бака хватает на 600 км. Водородные двигатели еще встречаются на отечественной модели «Нива», а также устанавливаются корейцами на специальную версию внедорожника Hyundai Tucson.

Как видно, с двигателем на водороде активно экспериментируют многие производители, однако такое решение все равно имеет много недостатков. При этом некоторые минусы сильно мешают массовой популяризации.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое двигатель GDI. Из этой статьи вы узнаете об особенностях, принципах работы, а также преимуществах и недостатках моторов данного типа.

Прежде всего, это безопасность и сложность транспортировки такого топлива. Важно понимать, что водород  весьма горюч и взрывоопасен даже при относительно невысоких температурах. По этой причине его сложно хранить и перевозить. Получается, необходимо строить особые водородные резервуары для  авто с данным типом двигателя. Как результат, на практике водородных заправок очень мало.

К этому также можно добавить определенную сложность и высокие расходы на ремонт и обслуживание водородного агрегата, а также необходимость в подготовке и обучении большого количества высококвалифицированного персонала. Если же говорить о самом авто на водороде и его эксплуатационных характеристиках, наличие водородной установки делает машину более тяжелой, закономерно ухудшается управляемость.

Подведем итоги

Как видно, сегодня водородные автомобили и двигатель на воде можно считать вполне реальной альтернативой не только привычным ДВС, которые используют нефтяное топливо, но и электрокарам.

Прежде всего, такие установки менее токсичны, при этом они не нуждаются в дорогостоящем топливе на основе нефти. Также автомобили с водородным двигателем имеют приемлемый запас хода. В продаже имеются и гибридные модели, использующие как водород, так и бензин.

Что касается недостатков и сложностей, машина с водородным двигателем сегодня имеет высокую стоимость, а также могут возникать проблемы с заправкой топливом по причине недостаточного количества заправочных станций. Не стоит забывать и о том, что также не просто найти специалистов, которые способны качественно и профессионально обслужить водородную силовую установку. При этом обслуживание будет достаточно затратным.

Напоследок отметим, что активное строительство трубопроводов для перекачки газа метана обещает в дальнейшей перспективе возможность перекачки по этим же трубопроводам и водорода. Это значит, что в случае роста общего числа авто с водородными двигателями, также высока вероятность быстрого увеличения количества специализированных заправочных станций.

Читайте также

Турбированный двигатель — устройство и принцип работы

Турбированный мотор – это силовой агрегат, в котором подача воздуха в цилиндры осуществляется посредством специального устройства – турбины. Мощность турбированного двигателя значительно больше, чем у обычного атмосферного. В этой статье мы расскажем, как работает турбированный двигатель, какие он имеет преимущества и недостатки, а также как правильно его эксплуатировать.

Принцип работы турбированного двигателя

 

Турбированный двигатель (будь то бензиновый или дизельный) конструктивно имеет некоторые отличия от своего атмосферного аналога. Главной особенностью любого турбированного двигателя является турбокомпрессор. Данное устройство состоит из специального вентилятора и турбины. Компрессор подключается к выхлопной системе автомобиля и через систему специальных труб принимает часть выхлопного газа на лопасти турбины. Турбина раскручивается под давлением, создаваемым выхлопным газом и приводит в движение вентилятор компрессора. Компрессор закачивает под давлением большое количество воздуха.

Увеличение количество и давление воздуха способствует лучшему сгоранию топлива, а значит, увеличению мощности двигателя. Таким образом, при меньшем объеме, турбированный двигатель способен иметь больше лошадиных сил, чем больший по объему атмосферный мотор.

Охлаждение турбированного двигателя отличается от охлаждения атмосферного. Прежде всего, в таких двигателях вместо радиатора применяется специальное устройство – интеркуллер. Он представляет собой тот же радиатор, однако в нем, вместо ОЖ циркулирует воздух. Иногда интеркуллер может дополняться вентилятором, для эффективности охлаждения потоком воздуха.

Видео — Работа ДВС как работает турбонаддув

Преимущества и недостатки турбированного двигателя

Как и любой другой двигатель, турбированный тоже обладает своими преимуществами и недостатками.

Преимущества:

1. Самое главное преимущество турбированного двигателя – высокая мощность. Пожалуй, это главная цель, которую получили при минимальном изменении конструкции двигателя. При одинаковом объеме с атмосферным двигателем, турбированный может выдавать мощность и крутящий момент на 70 процентов больше.

2. Турбокомпрессор позволяет снизить содержание вредных веществ в выхлопном газе, что делает такой двигатель намного экологичнее. Это связано с тем, что воздух в цилиндрах сгорает намного эффективнее и полностью, в связи с этим, количество выхлопных газов уменьшается, а то и вовсе пропадает по пути в компрессор.

3. Двигатель, оборудованный турбиной, имеет низкий уровень шума, в отличие от атмосферного аналога.

4. Турбированный двигатель можно установить практически на любой автомобиль. Это связано с тем, что его конструктивные особенности мало чем отличаются от обычного ДВС. А значит, при равном объеме, они имеет такие же габариты, что позволяет монтировать его на те же крепежные элементы. Данное свойство касается как бензиновые, так и дизельные двигатели.

Недостатки:

1. Пожалуй, это самый логичный недостаток из всех – повышенный расход топлива. Дело в том, что при потреблении большего объема воздуха, необходимо и соответствующее количество топлива. Решить эту проблему невозможно, так как двигатель, раскручиваясь быстрее, будет самостоятельно закачивать требуемый уровень топлива.

2. Очень большие трудности в эксплуатации. Они связаны с высокой чувствительностью качества топлива и моторного масла. Если атмосферный двигатель менее привередлив к этим показателям, то турбированный может запросто выйти из строя.

3. В дополнение ко второму недостатку можно отметить очень низкий срок службы масло и его фильтра. Дело в том, что турбированный двигатель строится на основе обычного ДВС, а значит, рассчитан на такой же пробег и количество оборотов. Так как турбированный двигатель чаще работает на повышенных оборотах, соответственно масло быстрее теряет свои свойства.

 

4. Большие цены. Суть данного вопроса начинается с того, что цена на турбину и ее комплектующие изделия достаточно высокая. Соответственно турбокомпрессор очень дорого ремонтировать, что не каждому по карману.

5. Есть некоторые особенности охлаждения турбины после долгой поездки. Дело в том, что она достаточно сильно перегревается и может остыть только на холостых оборотах. Поэтому, прежде чем глушить двигатель, ему дают поработать еще около двух минут.

6. Двигатель с турбокомпрессором в сборе стоит дороже своего атмосферного аналога на 20-30 процентов.

Как правильно эксплуатировать турбированный двигатель?

Если соблюдать все правила эксплуатации, то двигатель, оснащенный турбокомпрессором, может прослужить около 500 тысяч километров. Известны случаи, когда двигатель «переживал» собственный автомобиль. Кузов сгнивал, а мотор устанавливали на другой автомобиль и продолжали эксплуатировать.

  • Заливайте в бензобак только самое качественное топливо. Не заправляйтесь на сомнительных заправках. То же самое относится и  к моторному маслу. Некачественное масло очень быстро приведет к дорогостоящему ремонту турбированного двигателя. Помимо этого, необходимо чаще проверять уровень масла.
  • Работа на холостых оборотах, которые превышают нормируемые значения, дольше 30 минут недопустима. Если у вас холостые обороты выставлены на слишком больших или малых значениях, обязательно отрегулируйте карбюратор или перепрограммируйте систему впрыска топлива.
  • После каждого запуска турбированного двигателя, его необходимо прогревать не менее двух минут. Только затем можно начинать движение.
  •  Если после длительной поездки вы решили остановиться, то не глушите двигатель сразу. Необходимо выждать время, пока на холостых оборотах остынет турбокомпрессор (порядка 2-3 минут) и только после этого выключайте зажигание.
  •  Всегда своевременно проводите мероприятия, касающиеся технического обслуживания двигателя. Здесь имеется ввиду замена масла, расходных материалов.

Вот так устроен турбированный двигатель. Если вы не боитесь всех сложностей эксплуатации и повышенного расхода топлива, то можете без проблем установить на свой автомобиль подобный агрегат. Однако стоит отметить, что если вы планируете установку такого двигателя на свой автомобиль, то необходимо соответствующее переоформление двигателя в органах ГИБДД. 

Как работают электродвигатели?

Щелкни выключателем и получи мгновенную мощность — как бы это понравилось нашим предкам электродвигатели! Вы можете найти их во всем, от электропоезда на дистанционном управлении автомобили — и вы можете быть удивлены, насколько они распространены. Сколько электрических моторы сейчас с тобой в комнате? Есть, наверное, два в компе для начала крутится один твой хард ездить и еще один питание вентилятора охлаждения.Если вы сидите в спальне, вы найдете моторы в фенах и многих игрушки; в ванной — в вытяжках и электробритвах; на кухне моторы есть практически в каждом приборе, от стиральных и посудомоечных машин до кофемолок, микроволновых печей и электрических консервных ножей. Электродвигатели зарекомендовали себя как одни из лучших изобретения всех времен. Давайте разберем некоторые и узнаем, как они Работа!

Фото: Даже небольшие электродвигатели на удивление тяжелые.Это потому, что они набиты плотно намотанной медью и тяжелыми магнитами. Это двигатель от старой электрической газонокосилки. Медно-красная штука в сторону Перед осью с прорезями в ней находится коллектор, удерживающий двигатель. вращение в том же направлении (как описано ниже).

Как электромагнетизм заставляет двигатель двигаться?

Основная идея электродвигателя очень проста: вы подаете 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, мы вернуться в прошлое почти на 200 лет.

Предположим, вы берете кусок обычной проволоки, делаете из нее большую петлю, и положить его между полюсами мощной, постоянной подковы магнит. Теперь, если вы подключите два конца провода к батарее, провод будет прыгать кратко. Удивительно, когда ты видишь это впервые. Это прямо как по волшебству! Но есть совершенно научная объяснение.Когда электрический ток начинает ползти 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 узнаете, что два магнита, расположенные рядом друг с другом либо притягивать, либо отталкивать. Точно так же временный магнетизм вокруг провода притягивает или отталкивает постоянный магнетизм от магнит, и это то, что заставляет провод прыгать.

Как работает электродвигатель — теория

Связь между электричеством, магнетизмом и движением была первоначально 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 технологии для питания наших электрических косилок и зубных щеток, мы должны пойти немного дальше. Изобретателями, сделавшими 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, чтобы эффективно два параллельных провода, проходящих через магнитное поле.Один из них отводит от нас электрический ток по проводу и другому один возвращает ток обратно. Поскольку ток течет в противоположных направлениях в проводах, правило левой руки Флеминга говорит нам, что два провода будут двигаться в противоположных направлениях. Другими словами, когда мы включите электричество, один из проводов поднимется вверх и другой будет двигаться вниз.

Если бы катушка проволоки могла двигаться вот так, она бы вращалась непрерывно — и мы были бы на пути к созданию электрического мотор.Но этого не может случиться с нашей нынешней установкой: провода будут быстро запутаться. Не только это, но если бы катушка могла вращаться далеко достаточно, что-то еще случилось бы. Как только катушка достигла вертикали положение, он перевернулся бы, поэтому электрический ток протекать через него в обратном направлении. Теперь силы на каждом сторона катушки перевернута. Вместо непрерывного вращения в в том же направлении, он будет двигаться в том же направлении, в котором только что появился! Представьте электропоезд с таким двигателем: он будет держать шаркая взад и вперед на месте, даже не двигаясь в любом месте.

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 предоставлено ВМС США.

Как работает электродвигатель на практике

Есть два способа решить эту проблему. Один из них заключается в использовании своего рода электрический ток, который периодически меняет направление, известное как переменный ток (АС).В виде небольшого, на батарейках двигатели, которые мы используем дома, лучшим решением будет добавить компонент называется коммутатором концы катушки. (Не беспокойтесь о бессмысленных технических имя: это немного старомодное слово «коммутация» немного похоже на слово «коммутировать». Это просто означает переход туда и обратно в одном и том же таким образом, что коммутировать означает путешествовать туда и обратно.) В своей простейшей форме коммутатор представляет собой металлическое кольцо, разделенное на две отдельные половины и его работа заключается в изменении направления электрического тока в катушке каждый раз, когда катушка поворачивается на пол-оборота.Один конец катушки присоединен к каждой половине коммутатора. Электрический ток от аккумулятора подключается к электрическим клеммам двигателя. Они подают электроэнергию в коммутатор через пару свободных разъемы, называемые щетками, сделал либо из кусочков графита (мягкий углерод, похожий на карандашный «свинец») или тонкие отрезки упругого металла, который (как название предполагает) «кисть» против коммутатора. С коммутатор на месте, когда электричество течет по цепи, катушка будет постоянно вращаться в одном и том же направлении.

Работа: Упрощенная схема частей электрического 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 заставляет катушку вращаться по часовой стрелке.

Такой простой экспериментальный двигатель не способен много силы. Мы можем увеличить вращающую силу (или крутящий момент) что двигатель можно создать тремя способами: либо мы можем иметь более мощный постоянный магнит, или мы можем увеличить электрический ток течет по проводу, или мы можем сделать катушку, чтобы у нее было много «витки» (петли) очень тонкой проволоки вместо одного «витка» толстой проволоки.На практике двигатель также имеет постоянный магнит, изогнутый в виде дуги. круглой формы, так что он почти касается катушки проволоки, которая вращается внутри него. Чем ближе друг к другу магнит и катушка, тем большее усилие, которое может создать двигатель.

Несмотря на то, что мы описали ряд различных частей, вы можете представить двигатель состоящим всего из двух основных компонентов:

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

Универсальные двигатели

Такие двигатели постоянного тока

отлично подходят для игрушек с батарейным питанием (таких как модели поездов, радиоуправляемых автомобилей или электробритв), но вы не найдете их во многих бытовых приборах. Мелкие бытовые приборы (например, кофемолки или электрические блендеры) обычно используют 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 питание от постоянного или переменного тока, который вы подаете:

  • При подаче постоянного тока электромагнит работает как обычный постоянный магнит и создает магнитное поле, направленное всегда 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 направлении.
  • Однако, когда вы подаете переменный ток, ток, протекающий через электромагнит, и ток, протекающий через катушку , оба меняются местами, точно в шаге, поэтому сила на катушке всегда в одном направлении, и двигатель всегда вращается по часовой стрелке. или против часовой стрелки.Что с коммутатором? 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: Электропитание питает как магнитное поле, так и вращающуюся катушку. С питанием постоянного тока универсальный двигатель работает так же, как и обычный двигатель постоянного тока, как указано выше. При питании переменным током как магнитное поле, так и ток катушки 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, который может работать как от постоянного, так и от переменного тока. Серый электромагнит по краю — это статор (статическая часть), питающийся от катушек оранжевого цвета. Обратите также внимание на прорези в коллекторе и упирающиеся в него угольные щетки, которые обеспечивают питание ротора (вращающейся части). Асинхронные двигатели в таких вещах, как электропоезда, во много раз больше и мощнее, чем этот, и всегда работают с использованием переменного тока высокого напряжения (AC) вместо постоянного тока низкого напряжения (DC) или переменного тока умеренно низкого напряжения. который питает универсальные двигатели.

Электродвигатели прочие

Фото: Электродвигатели бывают всех форм и размеров. В этом школьном автобусе есть заменили старый грязный дизельный двигатель на большой электродвигатель (белая рамка) для уменьшения загрязнения воздуха. Фото Денниса Шредера предоставлено NREL (Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).

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 фабричные машины) работают немного по-другому: они пропускают переменный ток через противоположные пары магнитов для создания вращающегося магнитного поля, которое «индуцирует» (создает) магнитное поле в роторе двигателя, вызывая это вращаться вокруг. Подробнее об этом можно прочитать в нашей статье об асинхронных двигателях переменного тока. Если вы возьмете один из этих асинхронных двигателей и «развернете» его, так что статор будет эффективно выложен в длинную непрерывную дорожку, ротор сможет катиться по ней по прямой линии.Эта гениальная конструкция известна как линейный двигатель, и вы найдете ее в таких вещах, как заводские машины и плавучие железные дороги «маглев» (магнитная левитация).

Другой интересной конструкцией является бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC). Статор и ротор эффективно меняются местами, с несколькими статичными железными катушками в центре и постоянным магнитом, вращающимся вокруг них, а коммутатор и щетки заменяются электронной схемой. Вы можете прочитать больше в нашей основной статье о ступичных двигателях. Шаговые двигатели, которые поворачиваются на точно контролируемые углы, являются разновидностью бесщеточных двигателей постоянного тока.

Как работает электродвигатель?

Почти неизбежно в вашей жизни наступит момент, когда вы столкнетесь с несчастным маленьким ребенком и движущейся игрушкой, которая больше не двигается. Вы можете разобрать игрушку, полагаясь на свою ловкость, чтобы спасти положение, но, оставшись с кучей компонентов, вы вполне можете задаться вопросом, как эти витки яркого провода создают движение. Помимо сломанных игрушек, электродвигатели можно найти во многих устройствах, которые заставляют наше современное общество двигаться, от автомобилей и часов до охлаждающего вентилятора в вашем компьютере.

Детали электродвигателя

Электродвигатель создает вращательное или круговое движение. Центральная часть двигателя представляет собой цилиндр, называемый якорем или ротором. Якорь содержит остальные компоненты, а также является частью двигателя, который вращается. Вокруг якоря находится статор, который удерживает изолированные витки провода, обычно медного. Когда на двигатель подается ток, статор создает магнитное поле, которое приводит в движение якорь. В зависимости от конструкции двигателя вы также можете найти щетки или тонкие металлические волокна, которые удерживают ток на противоположной стороне двигателя, когда он вращается.

Как заставить это работать

Возможно, вы замечали, что у двух магнитов противоположные полюса притягиваются, а одноименные отталкиваются. Электродвигатель использует этот принцип для создания крутящего момента или силы вращения. Не сам по себе электрический ток, а создаваемое им магнитное поле создает силу при движении электродвигателя. Электричество, движущееся по проводу, создает круговое магнитное поле с проводом в качестве источника и центра вращения. Когда вы добавляете ток, статор и якорь образуют стабильное магнитное поле и электромагнит, который толкается или вращается в этом поле соответственно.

Различные типы электродвигателей

Основной двигатель работает от постоянного или постоянного тока, но другие двигатели могут работать от переменного или переменного тока. Батареи производят постоянный ток, а розетки в вашем доме – переменный. Для того, чтобы двигатель работал на переменном токе, ему требуются два обмоточных магнита, которые не соприкасаются. Они двигают двигатель за счет явления, известного как индукция. Эти асинхронные двигатели бесщеточные, поскольку им не требуется физический контакт, который обеспечивает щетка.Некоторые двигатели постоянного тока также являются бесщеточными и вместо этого используют переключатель, который меняет полярность магнитного поля, чтобы двигатель продолжал работать. Универсальные двигатели — это асинхронные двигатели, которые могут использовать любой источник энергии.

Сборка простого электродвигателя

Теперь, когда у вас есть основные детали и принципы, вы можете поиграть с этой концепцией дома. Сделайте катушку из медной проволоки меньшего сечения и проденьте каждый конец через алюминиевую банку, чтобы подвесить ее. Поместите небольшой сильный магнит по обе стороны от подвешенной катушки, чтобы создать магнитное поле.Если вы прикрепите батарею к обеим банкам с помощью зажимов типа «крокодил», ваша катушка станет электромагнитом, и созданный вами ротор из медной проволоки должен начать вращаться.

Электродвигатель — Energy Education

Рисунок 1. Электродвигатель от старого пылесоса. [1] Рисунок 2. Электрический ротор. [2]

Электродвигатель — это устройство, используемое для преобразования электричества в механическую энергию, в отличие от электрического генератора. Они работают, используя принципы электромагнетизма, которые показывают, что сила применяется, когда электрический ток присутствует в магнитном поле.Эта сила создает крутящий момент на проволочной петле, находящейся в магнитном поле, что заставляет двигатель вращаться и выполнять полезную работу. Двигатели используются в самых разных областях, таких как вентиляторы, электроинструменты, бытовая техника, электромобили и гибридные автомобили.

Как они работают

Двигатели имеют множество различных рабочих частей, чтобы они могли постоянно вращаться, обеспечивая мощность по мере необходимости. Двигатели могут работать от постоянного тока (DC) или переменного тока (AC), и оба имеют свои преимущества и недостатки.Для целей этой статьи будет проанализирован двигатель постоянного тока, чтобы прочитать о двигателях переменного тока, нажмите здесь.

Основные части двигателя постоянного тока включают: [3]

  • Статор: Неподвижная часть двигателя, особенно магнит. Электромагниты часто используются для обеспечения большей мощности.
  • Ротор: Катушка, установленная на оси и вращающаяся с высокой скоростью, обеспечивая систему механической энергией вращения.
  • Коллектор: Этот компонент является ключевым в двигателях постоянного тока, его можно увидеть на рис. 3 и 4.Без него ротор не смог бы непрерывно вращаться из-за противодействующих сил, создаваемых изменяющимся током. Коммутатор позволяет ротору вращаться, меняя направление тока каждый раз, когда катушка делает пол-оборота.
  • Щетки: Подключаются к клеммам источника питания, позволяя электроэнергии поступать в коммутатор.
  • Двигатель постоянного тока
  • Рисунок 3: Базовая установка двигателя постоянного тока. [3]

  • Рисунок 4: Анимация двигателя в действии.Коллектор вращается, чтобы ротор вращался непрерывно. [3]

Каталожные номера

Как работает двигатель?

Ранее было продемонстрировано, что электрический ток, протекающий по проводу, создает магнитное поле, направление которого зависит от направления тока. См. «Магнетизм из электричества».

Можно также продемонстрировать, что магнитная сила действует на провод, по которому течет ток.Проденьте проволоку через магнит, как показано ниже, и прикрепите к тесту (Direct Cureent). Сила, направленная вниз, заставит проволоку тянуться вниз.

СИЛА, ДЕЙСТВУЮЩАЯ НА ПРОВОД В МАГНИТНОМ ПОЛЕ

 

ПРОСТАЯ СХЕМА КОНТУРА ДВИГАТЕЛЯ

Если мы теперь вставим петлю вместо провода между магнитным полем (см. изображение ниже), левая сторона петли будет тянуться вниз, а правая сторона будет выталкиваться вверх.Но пока направление тока остается прежним, петля не будет вращаться — — она просто выровняется с магнитным полем магнита. Чтобы заставить петлю вращаться, нам нужно, чтобы ток постоянно менял направление. Если вместо постоянного тока подается переменный ток, проволочная петля будет вращаться.

 

 

ПРОСТАЯ СХЕМА КОНТУРА ДВИГАТЕЛЯ С КОММУТАТОРОМ

Однако есть способ заставить петлю вращаться с помощью постоянного тока (постоянный ток).При добавлении «раздельного» коммутатора направление тока в катушке будет меняться каждые пол-оборота, что обеспечивает условия, необходимые для поддержания постоянного вращения катушки.

 

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

 

В простом двигателе, показанном выше, ток во вращающейся катушке реверсируется каждые пол-оборота с помощью устройства автоматического переключения, состоящего из разъемного металлического кольца, называемого коммутатором .Вращающаяся часть двигателя называется якорем и состоит из катушки с множеством витков провода. Якорь установлен на оси между двумя неподвижными магнитными полюсами. Каждый конец якоря прикреплен к одному концу коммутатора (см. красные стрелки). Ток поступает в коммутатор через одну щетку, подключенную к аккумулятору. Ток выходит из якоря через вторую щетку, контактирующую с другой половиной коллектора. Так как при вращении коммутатора щетки неподвижны, то каждая щетка в течение одного полуоборота контактирует с одной половиной коллектора, а в течение второго полуоборота с противоположной половиной или коллектором.В результате ток в якоре меняет свое направление каждые пол-оборота и обеспечивает условия, необходимые для поддержания вращения якоря


Как работает электродвигатель? | FIRST4MAGNETS® | БЛОГ

Поняв, как работает электродвигатель, вы сможете многое узнать о магнетизме и его связи с электричеством, а также о том, что может быть лучше, чем изучить принцип работы электродвигателя, соорудив свой собственный простейший двигатель. Но сначала немного об основах электричества и магнетизма.

Основная работа двигателя, вращательное движение, основана на самых основных законах магнетизма; что одноименные полюса отталкиваются, а противоположные притягиваются. Это создает силу, необходимую для запуска двигателя. Конечно, это еще не все, поскольку любой работающий электродвигатель требует расположения постоянных магнитов и электромагнитов.

Все электродвигатели состоят из нескольких последовательных частей, включая статор, ротор, выходной вал, корпус и для двигателей постоянного тока (которые мы рассмотрим более подробно) коллекторы и щетки.Эти детали при тщательном расположении постоянных магнитов и электромагнитных катушек создают работающий двигатель.

В своей простейшей форме двигатель преобразует электрический ток (переменный или постоянный) во вращательное движение. Ток подается на электромагнитную катушку, которая создает временное магнитное поле с определенным направлением магнетизма, создавая северный и южный полюса на каждом конце электромагнита, которые можно изменить, изменив направление тока в катушке.Это магнитное поле взаимодействует с магнитным полем, создаваемым рядом постоянных магнитов с чередующимися полярностями. Затем взаимодействующие поля либо притягиваются, либо отталкиваются друг от друга, создавая вращательное движение на выходном валу. Как упоминалось выше, существует два типа двигателей, которые используют переменный ток и постоянный ток для обеспечения движения, чтобы понять, как работает каждый из них, мы рассмотрим оба по очереди.

 

Двигатель постоянного тока (DC)

Самая простая форма электродвигателя — это щеточный двигатель постоянного тока (DC), в котором используется свободно вращающийся ротор, состоящий из проводника с током (просто кусок проволоки, согнутой в прямоугольную петлю) и статические постоянные магниты в качестве статора. .Постоянные магниты выровнены с соседними противоположными полюсами, поэтому магнитное поле течет от одного к другому через воздушный зазор между ними. Затем постоянный ток подается на катушку, прикрепленную к ротору; этот приложенный ток индуцирует магнитное поле вокруг ротора, которое взаимодействует с магнитным полем, создаваемым постоянными магнитами. Это индуцированное магнитное поле затем отталкивается одним магнитом и притягивается другим, создавая вращающую силу. Однако этой вращающей силы будет достаточно только для того, чтобы повернуть вал на пол-оборота, поскольку в конечном итоге это приведет к тому, что полюса катушки выровняются с притягивающими полюсами постоянных магнитов, и двигатель остановится.С помощью так называемого коммутатора на конце оси, который напоминает кольцо, разрезанное пополам, направление тока, подаваемого через катушку проводящими щетками, меняется в нужный момент. Это изменение направления тока изменяет полярность катушки и, таким образом, завершает полный оборот оси. Это повторяется бесконечно, пока подается ток.

 

Двигатель переменного тока (асинхронный)

Большинство предметов, которые мы используем каждый день, не питаются от батарей (постоянный ток), и поэтому они используют переменный ток, который меняет свое направление примерно 50 раз в секунду, в отличие от постоянного тока, который является постоянным.

В обычном двигателе переменного тока электромагнитные катушки являются частью статора, а не ротора. Именно эти катушки создают магнитное поле, создающее вращательное движение. В центре статорного кольца имеется дополнительная цилиндрическая конструкция, которая может свободно вращаться и состоит из металлических стержней. В двигателе переменного тока ток последовательно подается на электромагнитные катушки на статоре, создавая магнитное поле, которое чередуется и вращается вокруг статора. Поскольку направление магнитного поля в катушках постоянно меняется, внутри ротора возникает электрический ток, который, в свою очередь, создает собственное магнитное поле, противодействующее полю, создавшему его.Взаимодействие между двумя полями заставляет ротор вращаться.

 

Как собрать простой двигатель постоянного тока

Ниже мы опишем, как создать простой двигатель постоянного тока. Вы также можете следовать аналогичному руководству по инструкциям. Вам понадобится:

  • Неодимовый магнит диаметром 10 мм и толщиной 5 мм
  • Батарейка АА
  • Полметра медного провода
  • Два отрезка изолированного провода длиной примерно 15 см
  • Две скрепки
  • Две чертежные кнопки
  • Небольшой кусок хвойной древесины или доски
  • Лента
  • Наждачная бумага

 

Шаг первый – создайте катушку

Для создания катушки из медной проволоки вам понадобится примерно полметра проволоки.Возьмите батарейку АА и начните наматывать катушку вокруг батарейки, оставляя пару дюймов запаса на каждом конце. Убедитесь, что вы намотали хорошую тугую катушку и пару раз оберните задние концы вокруг катушки, чтобы держать ее вместе, при этом оставляя много ненамотанного провода. Теперь вам нужно отшлифовать верхнюю поверхность каждого из задних концов, чтобы удалить изоляционную эмаль, при этом очень осторожно не отшлифовать стороны или дно, а только верх.

 

Шаг второй – изготовление буровой установки

Чтобы сделать простую основу для мотора, вам понадобится небольшой кусок хвойной древесины или доски и две скрепки.Согните половину каждой скрепки в форме буквы «L» с опорной полкой, чтобы вы могли создать две вертикальные стойки и расположить их примерно в трех дюймах друг от друга. Закрепите две стойки на месте с помощью двух канцелярских кнопок.

 

Шаг второй – подключите аккумулятор к скрепкам

Возьмите два отрезка электрического провода и снимите изоляцию с обоих концов каждого отрезка провода. Оберните оголенный провод вокруг каждой скрепки и подсоедините по одному отрезку провода к каждому концу батареи.

 

Шаг третий — установите сильный магнит

Возьмите сильный неодимовый магнит, идеально подойдет неодимовый магнит диаметром 10 мм и толщиной 5 мм, и приклейте его по центру между двумя скрепками.

 

Шаг четвертый — проверьте двигатель

Теперь все, что осталось сделать, это расположить катушку на двух скрепках над неодимовым магнитом и повернуть ее, чтобы она заработала. Ток, протекающий от батареи через скрепки и катушку, создает магнитное поле вокруг катушки, заставляя ее вращаться.

Как работают двигатели постоянного тока (универсальные двигатели)

Как работают двигатели постоянного тока (универсальные двигатели)

Мне часто задают вопросы о двигателях, поэтому я решил написать статью. и видео о том, как они работают.

В большинстве случаев используются два основных типа двигателей: Двигатели постоянного тока (или универсальные) и асинхронные двигатели. Двигатели постоянного тока понять гораздо проще, поэтому я начну с них.

Универсальные двигатели используются в большинстве ручных электроинструментов, таких как дрели, фрезеры, лобзики и шлифовальные машины.

Я открыл одну из своих сверл, чтобы показать внутренности и вынуть ротор. чтобы продемонстрировать это.

Ротор обычного двигателя постоянного тока состоит из металлического сердечника с на нем медные обмотки, которые одним концом соединены с контактами. Эти контакты называются «коммутаторами».

Эти обмотки и контакты расположены таким образом, что если ток прикладывается к контактам коммутатора на противоположных концах, ротор образует электромагнит с севером и югом, выровненными с контактами где применяется ток.

Здесь я подаю ток, используя тонкие телефонные провода, прижатые к коммутаторы и проверка магнитного поля с помощью компаса. Если я изменить, где я подаю ток (к разным коммутаторам) их магнитное поле также вращается, чтобы выровняться с коммутаторами, которые я применяю ток до.

Принцип работы двигателя постоянного тока заключается в том, что ротор действует как электромагнит, что обычно примерно на 90 градусов не совпадает с полюсами вокруг него (статор). Северный и южный полюса магнитов притягивать друг друга.Итак, магнетическое притяжение хочет повернуть ротор, чтобы совместить его со статором.

Если бы ротор и статор нашего двигателя были постоянными магнитами, поверните только на 1/4 оборота и затем остановитесь.

Но ротор — это электромагнит, и при его вращении возникает ток. подается на разные контакты коммутатора. Здесь с телефоном провода, а в моторе с кусочками нагара (которые не изнашиваются как быстро). Я подаю ток только от 1,5-вольтовой батареи, и держа магнит рядом с ротором.Этого на самом деле достаточно, чтобы сделать это повернуться, медленно.

Приведенная выше демонстрация не делает двигатель очень хорошим. Держа магниты рядом с ротором — не лучший способ подвергнуть его магнитное поле. «Поток» магнитного поля должен образовывать петлю, но магнитный поток не очень хорошо проходит через воздух. Железо о в тысячу раз более магнитопроницаем, чем воздух (вот почему двигатель использует железо в роторе). Я согнул кусок железа толщиной 2 мм в С-образной формы, и воткнул внутрь несколько редкоземельных магнитов.Я также сделал несколько блоков, чтобы держать подшипники. Теперь, подав 1,5 вольта, крутится намного лучше, хотя все равно не очень быстро.

Часть проблемы заключается в том, что двигатель также действует как генератор. Здесь, Я раскручиваю ротор вручную и получаю показания напряжения как высоко как 0,6 вольта, только от этой договоренности. Как двигатель спины, изменяющиеся магнитные поля индуцируют обратное напряжение в катушки, и это ограничивает скорость, с которой двигатель будет вращаться для данного Напряжение.

Затем я подал на ротор 30 вольт, и он стал ужасно вращаться. быстро, учитывая, что он просто свободно сидит в этом расположении.Но универсальные моторы в реальной эксплуатации обычно работают на скорости от 100 до 200 об/мин. оборотов в секунду.

Мой улучшенный способ удерживания магнитов все еще не оптимален по сравнению с настоящий мотор. В реальном двигателе статор сделан из много железа, что дает много места для магнитного потока, чтобы сформировать петля, поэтому ротор подвержен гораздо большему магнетизму.

Статор также близко повторяет кривизну ротора, так что магнитный поток должен проходить через воздушный зазор толщиной менее 1 мм.

В реальном двигателе ток подается на коллектор с углеродом. «кисти». Я представляю «щетки» в первых электродвигателях реально были похожи на щетки, но сегодня всегда используются кусочки углерода. То карбоновые направляющие с относительно небольшим износом коллектора. Но это изнашивается, поэтому на щетках всегда есть пружины, подталкивая их ближе к коммутатору по мере их износа. В конце концов, щетки слишком изнашиваются, чтобы обеспечить эффективный контакт. Таким образом, этот тип двигателя подходит для ручных инструментов, где если он перестанет работать, это не вызовет серьезных проблем.Но для приложений где двигатель должен работать без присмотра в течение длительного времени (например, в холодильник, отопительная печь, водоотливной насос или вентилятор в ванной) индукция вместо них используются двигатели.

Также есть подробная Статья в Википедии о коммутаторах , в которой говорится о гораздо большем подробно об этом типе двигателя.

Другие распространенные типы двигателей:

Бесщеточные двигатели постоянного тока
В последние годы бесщеточные двигатели постоянного тока все чаще используются в беспроводные инструменты. Бесщеточный двигатель постоянного тока по своей концепции похож на двигатель постоянного тока. двигатель, но вместо щеток для коммутации используются транзисторы. обмотки.Это обеспечивает более эффективное и продолжительное мотор. Однако, чтобы облегчить подачу тока на обмотки, в в них ротор представляет собой постоянный магнит, а статор имеет обмотки которые меняют поле. Силовая электроника также необходима для управления обмотки. Самый простой бесщеточный двигатель, с которым вы столкнетесь, — это любой вентилятор. с ПК. Жесткие диски также используют бесщеточный DC моторы. Бесщеточные двигатели постоянного тока могут быть очень эффективными и долговечными. долговечны, поэтому они также используются в новых беспроводных инструментах, и несколько электромобилей.
Проверка бесколлекторного двигателя постоянного тока (видео)

Шаговые двигатели
Шаговые двигатели используются во многих компьютерных периферийных устройствах, особенно сканеры и старые принтеры. Они также используются для управления домом построены фрезерные станки с ЧПУ. Они часто издают скулящий звук при длительном движении. расстояния. Их преимущество в том, что компьютер может точно контролировать их вращение без необходимости использования дополнительных датчиков обратной связи. Однако они не очень быстрые, эффективные или мощные. Их главная Преимуществом является компьютерная управляемость при низкой стоимости.

Асинхронные двигатели
Асинхронные двигатели обычно используются в стационарных машинах, которые должны запускать на длительные периоды. На самом деле они намного проще по конструкции. чем двигатели постоянного тока, но их сложнее объяснить. Я написал отдельная статья про асинхронные двигатели.

Еще статьи по физике:

Дополнительные сведения о двигателях:

Как работает двигатель постоянного тока?

Двигатель постоянного тока (постоянного тока) — это электродвигатель, который обеспечивает питанием машины, поскольку он использует электрическую энергию для выполнения своей основной функции.

Появление этого двигателя в 1870-х годах проложило путь ко второй промышленной революции.

Основной принцип работы двигателя постоянного тока основан на том, как магниты реагируют друг на друга: одинаковые магнитные полюса отталкиваются, а разные магнитные полюса притягиваются. Когда вы посмотрите на двигатель постоянного тока, вы увидите катушку из проволоки (якорь) и подковообразный магнит (статор) как часть его основных компонентов. Каждый раз, когда электрический ток проходит через катушку, создается электромагнитное поле, которое выравнивается по центру катушки.Когда вы включаете или выключаете ток, магнитное поле также включается или выключается.

Изображение предоставлено GSU.edu

Процесс начинается с электрического тока – от батареи или прямого источника. Ток течет от положительной клеммы и проходит через полукруглый коммутатор, прикрепленный к каждому концу катушки провода. Щетки на коммутаторе позволяют току проходить по петле из медного провода между двумя магнитными полюсами. Щетки сохраняют путь тока – проходя направо и обратно налево.Изменение направления электрического тока через каждые пол оборота удерживает провод в том же направлении. Без этого коммутатора все, что вы когда-либо получите, это поворот на 180°. Когда направление тока меняется на противоположное, создаваемое магнитное поле заставит катушку повернуться еще на 180° в том же направлении, чтобы завершить полный оборот.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *