Мотор — что это такое
Двигатель — это сердце автомобиля!
Двигатель или мотор представляет собой устройство, которое преобразовывает энергию топлива в механическую.
Так же как и нашему сердцу нужна кровь, мотору нужно топливо в виде топливо-воздушной смеси, которую обеспечивает топливная система.
Что важнее кузов или мотор сказать сложно. Одно без другого — просто груда металла.
Мотор — важнейшим компонент автомобиля, который приводит его в движение. Механическая энергия, которую он производит, передается при помощи трансмиссии на колеса. Ее конструкция вкупе с конструкцией мотора называют силовой установкой.
Основные виды мотора:
- электродвигатели,
- внутреннего сгорания, или ДВС,
- гибридные, комбинированные двигатели.
Безусловно, самым популярным и распространенным из них является ДВС, который работает благодаря топливу.
В свою очередь, среди ДВС выделяют следующие типы:
- роторно-поршневой,
- поршневой мотор,
- газотурбинный
Большинство автомобилей оснащены поршневыми ДВС, работающие при помощи дизельного топлива, бензина или природного газа. Таким двигателям требуется система смазки и система охлаждения. Для каждого конкретного двигателя требуется определенное моторное масло с заданными параметрами, по научному — допусками.
В последнее время также наблюдается тенденция востребованности электродвигателей, т.к. он экономичен и экологичен.
Работает такой двигатель за счет электроэнергии, но есть у этих устройств и недостаток — маленькая емкость батареи.
Гибридные моторы — новейшая разработка. Она состоит из ДВС и электродвигателя. Оба компоненты связываются друг с другом генератором, а энергия передается параллельно или последовательно на колеса.
Назад
Значение слова «Мотор» в 10 онлайн словарях Даль, Ожегов, Ефремова и др.
Поделиться значением слова:МОТОР, -а, м. Двигатель (преимущ. внутреннего сгорания или электрический). Запустить, остановить м. || прил. моторный, -ая, -ое. Моторное топливо. Моторная лодка (с мотором).
Ударение: мото́р м.
- Машина, преобразующая любой вид энергии в механический; двигатель (обычно внутреннего сгорания или электрический).
- разг. Средство передвижения, снабженное таким двигателем.
I мото́рI «рычаг, дубина; коромысло; проворный, расторопный человек», мото́ра «мот», мото́рный «ловкий», укр. мото́рний – то же, блр. мото́рны «тяжелый», мотор «веревка», чеш. motorný «быстрый, проворный». Возм., связано с мота́ть, мета́ть; ср. лит. metù, mèsti «кидать, бросать», matãras «веретено», matarúoti «мотать», mastaũ, masčiaũ, mastýti «обметывать, плести, обшивать», лтш. matara «гибкий прут»; см. Буга, РФВ 72, 192; М.–Э. 2, 566. Знач. «рычаг» – под частичным влиянием нем. Моtоr «мотор», лат. motor.
II. «двигатель». Заимств. из нем. Моtоr «мотор», франц. moteur от лат. mоtоr «двигатель». – Т.
МОТО́Р, мотора, ·муж. (·лат. motor — тот, кто двигает).
1. Двигатель (преим. внутреннего сгорания или электрический). Пустить в ход мотор.
2. Экипаж, вагон, снабженный таким двигателем (автомобиль, моторный вагон трамвая в отличие от прицепного; ·разг. ).
авто, моторчик, двигатель, движок, сердце
авиамотор, автодвигатель, автомотор, аэродвигатель, аэромотор, бензиномотор, газомотор, гидродвигатель, гидромотор, гиромотор, двигатель, движок, дизель-мотор, микромотор, мотодвигатель, моторчик, паромотор, пневмомотор, серводвигатель, сервомотор, электровибродвигатель, электродвигатель, электромикродвигатель, электромотор
мото́р,
мото́ры,
мото́ра,
мото́ров,
мото́ру,
мото́рам,
мото́р,
мото́ры,
мото́ром,
мото́рами,
мото́ре,
мото́рах
а, м.
Двигатель, преимущ. внутреннего сгорания или электрический. Моторчик — небольшой м. Моторный — относящийся к мотору, моторам. Моторист — рабочий, обслуживающий моторы, двигатели. Моторка (разг.) — лодка с мотором.
мотор — Толковый словарь Дмитриева
сущ., м., употр. сравн. часто
(нет) чего? мотора, чему? мотору, (вижу) что? мотор, чем? мотором, о чём? о моторе; мн. что? моторы, (нет) чего? моторов, чему? моторам, (вижу) что? моторы, чем? моторами, о чём? о моторах
1. Мотор машины, самолёта и т. п. — это та их часть, которая использует электричество или топливо, чтобы заставить их двигаться. Завести мотор. | Этот мотор может работать как на обычном авиационном керосине, так и на сжиженном газе.
| Послышался шум мотора.= двигатель
2. Мотором в разговорной речи называют машину, такси. Бери мотор и поезжай по этому адресу.
• моторчик сущ., м.
• моторный прил. Моторная лодка. | Моторное топливо.
Источник: Толковый словарь Дмитриева на Gufo.me
Значения в других словарях
- мотор — Мото́р/. Морфемно-орфографический словарь
- мотор — МОТ’ОР, мотора, ·муж. (·лат. motor — тот, кто двигает). 1. Двигатель (преим. внутреннего сгорания или электрический). Пустить в ход мотор. 2. Экипаж, вагон, снабженный таким двигателем (автомобиль, моторный вагон трамвая в отличие от прицепного; ·разг. ). Толковый словарь Ушакова
- мотор — МОТОР, а, м. Двигатель (преимущ. внутреннего сгорания или электрический). Запустить, остановить м. | прил. моторный, ая, ое. Моторное топливо. Моторная лодка (с мотором). Толковый словарь Ожегова
- мотор — -а, м. Машина, преобразующая любой вид энергии в механический; двигатель. Мотор самолета. □ Мотоцикл вынырнул перед самой коляской, и от оглушительной трескотни его мотора лошади рванулись в сторону. Н. Островский, Рожденные бурей. [От лат. motor — приводящий в движение] Малый академический словарь
- мотор — Мотор, моторы, мотора, моторов, мотору, моторам, мотор, моторы, мотором, моторами, моторе, моторах Грамматический словарь Зализняка
- МОТОР — МОТОР, см. ДВИГАТЕЛЬ. Научно-технический словарь
- мотор — МОТОР -а; м. [от лат. motor — приводящий в движение] 1. Машина, преобразующая любой вид энергии в механический; двигатель. М. самолёта, трактора. Дизельный, электрический м. Включить м. Мощный м. Шум мотора. 2. Разг. Такси. // Легковой автомобиль вообще. Толковый словарь Кузнецова
- мотор — 1) сердце; 2) автомашина, такси Словарь воровского жаргона
какие они бывают / Блог компании НПФ ВЕКТОР / Хабр
В прошлых статьях был рассмотрен принцип работы синхронного и асинхронного электродвигателей, а также рассказано, как ими управлять. Но видов электродвигателей существует гораздо больше! И у каждого из них свои свойства, область применения и особенности.
В этой статье будет небольшой обзор по разным типам электродвигателей с фотографиями и примерами применений. Почему в пылесос ставятся одни двигатели, а в вентилятор вытяжки другие? Какие двигатели стоят в сегвее? А какие двигают поезд метро?
Каждый электродвигатель обладает некоторыми отличительными свойствами, которые обуславливают его область применения, в которой он наиболее выгоден. Синхронные, асинхронные, постоянного тока, коллекторные, бесколлекторные, вентильно-индукторные, шаговые… Почему бы, как в случае с двигателями внутреннего сгорания, не изобрести пару типов, довести их до совершенства и ставить их и только их во все применения? Давайте пройдемся по всем типам электродвигателей, а в конце обсудим, зачем же их столько и какой двигатель «самый лучший».
С этим двигателем все должны быть знакомы с детства, потому что именно этот тип двигателя стоит в большинстве старых игрушек. Батарейка, два проводка на контакты и звук знакомого жужжания, вдохновляющего на дальнейшие конструкторские подвиги. Все ведь так делали? Надеюсь. Иначе эта статья, скорее всего, не будет вам интересна. Внутри такого двигателя на валу установлен контактный узел – коллектор, переключающий обмотки на роторе в зависимости от положения ротора. Постоянный ток, подводимый к двигателю, протекает то по одним, то по другим частям обмотки, создавая вращающий момент. Кстати, не уходя далеко, всех ведь, наверное, интересовало – что за желтые штучки стояли на некоторых ДПТ из игрушек, прямо на контактах (как на фото сверху)? Это конденсаторы – при работе коллектора из-за коммутаций потребление тока импульсное, напряжение может также меняться скачками, из-за чего двигатель создает много помех. Они особенно мешают, если ДПТ установлен в радиоуправляемой игрушке. Конденсаторы как раз гасят такие высокочастотные пульсации и, соответственно, убирают помехи.
Двигатели постоянного тока бывают как очень маленького размера («вибра» в телефоне), так и довольно большого – обычно до мегаватта. Например, на фото ниже показан тяговый электродвигатель электровоза мощностью 810кВт и напряжением 1500В.
Почему ДПТ не делают мощнее? Главная проблема всех ДПТ, а в особенности ДПТ большой мощности – это коллекторный узел. Скользящий контакт сам по себе является не очень хорошей затеей, а скользящий контакт на киловольты и килоамперы – и подавно. Поэтому конструирование коллекторного узла для мощных ДПТ – целое искусство, а на мощности выше мегаватта сделать надежный коллектор становится слишком сложно (рекорд — 12,5МВт).
Также нужно упомянуть, как именно в ДПТ формируется магнитный поток возбуждения, с которым взаимодействует якорь (ротор) и за счет этого возникает вращающий момент. Этот поток может делаться двумя способами: постоянными магнитами и обмоткой возбуждения. В небольших двигателях чаще всего ставят постоянные магниты, в больших – обмотку возбуждения. Обмотка возбуждения – это еще один канал регулирования. При увеличении тока обмотки возбуждения увеличивается её магнитный поток. Этот магнитный поток входит как в формулу момента двигателя, так и в формулу ЭДС. Чем выше магнитный поток возбуждения, тем выше развиваемый момент при том же токе якоря. Но тем выше и ЭДС машины, а значит при том же самом напряжении питания частота вращения холостого хода двигателя будет ниже. Зато если уменьшить магнитный поток, то при том же напряжении питания частота холостого хода будет выше, уходя в бесконечность при уменьшении потока возбуждения до нуля. Это очень важное свойство ДПТ. Вообще, я очень советую изучить уравнения ДПТ – они простые, линейные, но их можно распространить на все электродвигатели – процессы везде схожие.
Как ни странно, это самый распространенный в быту электродвигатель, название которого наименее известно. Почему так получилось? Его конструкция и характеристики такие же, как у двигателя постоянного тока, поэтому упоминание о нем в учебниках по приводу обычно помещается в самый конец главы про ДПТ. При этом ассоциация коллектор = ДПТ так прочно заседает в голове, что не всем приходит на ум, что двигатель постоянного тока, в названии которого присутствует «постоянный ток», теоретически можно включать в сеть переменного тока. Давайте разберемся.
Как изменить направление вращения двигателя постоянного тока? Это знают все, надо сменить полярность питания якоря. А ещё? А еще можно сменить полярность питания обмотки возбуждения, если возбуждение сделано обмоткой, а не магнитами. А если полярность сменить и у якоря, и у обмотки возбуждения? Правильно, направление вращения не изменится. Так что же мы ждем? Соединяем обмотки якоря и возбуждения последовательно или параллельно, чтобы полярность изменялась одинаково и там и там, после чего вставляем в однофазную сеть переменного тока! Готово, двигатель будет крутиться. Есть один только маленький штрих, который надо сделать: так как по обмотке возбуждения протекает переменный ток, её магнитопровод, в отличие от истинного ДПТ, надо изготовить шихтованным, чтобы снизить потери от вихревых токов. И вот мы и получили так называемый «универсальный коллекторный двигатель», который по конструкции является подвидом ДПТ, но… прекрасно работает как от переменного, так и от постоянного тока.
Этот тип двигателей наиболее широко распространен в бытовой технике, где требуется регулировать частоту вращения: дрели, стиральные машины (не с «прямым приводом»), пылесосы и т.п. Почему именно он так популярен? Из-за простоты регулирования. Как и в ДПТ, его можно регулировать уровнем напряжения, что для сети переменного тока делается симистором (двунаправленным тиристором). Схема регулирования может быть так проста, что помещается, например, прямо в «курке» электроинструмента и не требует ни микроконтроллера, ни ШИМ, ни датчика положения ротора.
Еще более распространенным, чем коллекторные двигатели, является асинхронный двигатель. Только распространен он в основном в промышленности – где присутствует трехфазная сеть. Про принцип его работы написана отдельная статья. Если кратко, то его статор – это распределенная двухфазная или трехфазная (реже многофазная) обмотка. Она подключается к источнику переменного напряжения и создает вращающееся магнитное поле. Ротор можно представлять себе в виде медного или алюминиевого цилиндра, внутри которого находится железо магнитопровода. К ротору в явном виде напряжение не подводится, но оно индуцируется там за счет переменного поля статора (поэтому двигатель на английском языке называют индукционным). Возникающие вихревые токи в короткозамкнутом роторе взаимодействуют с полем статора, в результате чего образуется вращающий момент.
Почему асинхронный двигатель так популярен? У него нет скользящего контакта, как у коллекторного двигателя, а поэтому он более надежен и требует меньше обслуживания. Кроме того, такой двигатель может пускаться от сети переменного тока «прямым пуском» – его можно включить коммутатором «на сеть», в результате чего двигатель запустится (с большим пусковым током 5-7 крат, но допустимым). ДПТ относительно большой мощности так включать нельзя, от пускового тока погорит коллектор. Также асинхронные привода, в отличие от ДПТ, можно делать гораздо большей мощности – десятки мегаватт, тоже благодаря отсутствию коллектора. При этом асинхронный двигатель относительно прост и дешев.
Асинхронный двигатель применяется и в быту: в тех устройствах, где не нужно регулировать частоту вращения. Чаще всего это так называемые «конденсаторные» двигатели, или, что тоже самое, «однофазные» асинхронники. Хотя на самом деле с точки зрения электродвигателя правильнее говорить «двухфазные», просто одна фаза двигателя подключается в сеть напрямую, а вторая через конденсатор. Конденсатор делает фазовый сдвиг напряжения во второй обмотке, что позволяет создать вращающееся эллиптическое магнитное поле. Обычно такие двигатели применяются в вытяжных вентиляторах, холодильниках, небольших насосах и т.п.
Минус асинхронного двигателя по сравнению с ДПТ в том, что его сложно регулировать. Асинхронный электродвигатель – это двигатель переменного тока. Если асинхронному двигателю просто понизить напряжение, не понизив частоту, то он несколько снизит скорость, да. Но у него увеличится так называемое скольжение (отставание частоты вращения от частоты поля статора), увеличатся потери в роторе, из-за чего он может перегреться и сгореть. Можно представлять это себе как регулирование скорости движения легкового автомобиля исключительно сцеплением, подав полный газ и включив четвертую передачу. Чтобы правильно регулировать частоту вращения асинхронного двигателя нужно пропорционально регулировать и частоту, и напряжение. А лучше и вовсе организовать векторное управление, как более подробно было описано в прошлой статье. Но для этого нужен преобразователь частоты – целый прибор с инвертором, микроконтроллером, датчиками и т.п. До эры силовой полупроводниковой электроники и микропроцессорной техники (в прошлом веке) регулирование частотой было экзотикой – его не на чем было делать. Но сегодня регулируемый асинхронный электропривод на базе преобразователя частоты – это уже стандарт-де-факто.
Про принцип работы синхронного двигателя также была отдельная статья. Синхронных приводов бывает несколько подвидов – с магнитами (PMSM) и без (с обмоткой возбуждения и контактными кольцами), с синусоидальной ЭДС или с трапецеидальной (бесколлекторные двигатели постоянного тока, BLDC). Сюда же можно отнести некоторые шаговые двигатели. До эры силовой полупроводниковой электроники уделом синхронных машин было применение в качестве генераторов (почти все генераторы всех электростанций – синхронные машины), а также в качестве мощных приводов для какой-либо серьезной нагрузки в промышленности.
Все эти машины выполнялись с контактными кольцами (можно увидеть на фото), о возбуждении от постоянных магнитов при таких мощностях речи, конечно же, не идет. При этом у синхронного двигателя, в отличие от асинхронного, большие проблемы с пуском. Если включить мощную синхронную машину напрямую на трехфазную сеть, то всё будет плохо. Так как машина синхронная, она должна вращаться строго с частотой сети. Но за время 1/50 секунды ротор, конечно же, разогнаться с нуля до частоты сети не успеет, а поэтому он будет просто дергаться туда-сюда, так как момент получится знакопеременный. Это называется «синхронный двигатель не вошел в синхронизм». Поэтому в реальных синхронных машинах применяют асинхронный пуск – делают внутри синхронной машины небольшую асинхронную пусковую обмотку и закорачивают обмотку возбуждения, имитируя «беличью клетку» асинхронника, чтобы разогнать машину до частоты, примерно равной частоте вращения поля, а уже после этого включается возбуждение постоянным током и машина втягивается в синхронизм.
И если у асинхронного двигателя регулировать частоту ротора без изменения частоты поля хоть как-то можно, то у синхронного двигателя нельзя никак. Он или крутится с частой поля, или выпадает из синхронизма и с отвратительными переходными процессами останавливается. Кроме того, у синхронного двигателя без магнитов есть контактные кольца – скользящий контакт, чтобы передавать энергию на обмотку возбуждения в роторе. С точки зрения сложности, это, конечно, не коллектор ДПТ, но всё равно лучше бы было без скользящего контакта. Именно поэтому в промышленности для нерегулируемой нагрузки применяют в основном менее капризные асинхронные привода.
Но все изменилось с появлением силовой полупроводниковой электроники и микроконтроллеров. Они позволили сформировать для синхронной машины любую нужную частоту поля, привязанную через датчик положения к ротору двигателя: организовать вентильный режим работы двигателя (автокоммутацию) или векторное управление. При этом характеристики привода целиком (синхронная машина + инвертор) получились такими, какими они получаются у двигателя постоянного тока: синхронные двигатели заиграли совсем другими красками. Поэтому начиная где-то с 2000 года начался «бум» синхронных двигателей с постоянными магнитами. Сначала они робко вылезали в вентиляторах кулеров как маленькие BLDC двигатели, потом добрались до авиамоделей, потом забрались в стиральные машины как прямой привод, в электротягу (сегвей, Тойота приус и т.п.), всё больше вытесняя классический в таких задачах коллекторный двигатель. Сегодня синхронные двигатели с постоянными магнитами захватывают всё больше применений и идут семимильными шагами. И все это – благодаря электронике. Но чем же лучше синхронный двигатель асинхронного, если сравнивать комплект преобразователь+двигатель? И чем хуже? Этот вопрос будет рассматриваться в конце статьи, а сейчас давайте пройдемся еще по нескольким типам электродвигателей.
У него много названий. Обычно его коротко называют вентильно-индукторный двигатель (ВИД) или вентильно-индукторная машина (ВИМ) или привод (ВИП). В английской терминологии это switched reluctance drive (SRD) или motor (SRM), что переводится как машина с переключаемым магнитным сопротивлением. Но чуть ниже будет рассматриваться другой подвид этого двигателя, отличающийся по принципу действия. Чтобы не путать их друг с другом, «обычный» ВИД, который рассмотрен в этом разделе, мы на кафедре электропривода в МЭИ, а также на фирме ООО «НПФ ВЕКТОР» называем «вентильно-индукторный двигатель с самовозбуждением» или коротко ВИД СВ, что подчеркивает принцип возбуждения и отличает его от машины, рассмотренной далее. Но другие исследователи его также называют ВИД с самоподмагничиванием, иногда реактивный ВИД (что отражает суть образования вращающего момента).
Конструктивно это самый простой двигатель и по принципу действия похож на некоторые шаговые двигатели. Ротор – зубчатая железка. Статор – тоже зубчатый, но с другим числом зубцов. Проще всего принцип работы поясняет вот эта анимация:
Подавая постоянный ток в фазы в соответствии с текущим положением ротора можно заставить двигатель вращаться. Фаз может быть разное количество. Форма тока реального привода для трех фаз показа на рисунке (токоограничение 600А):
Однако за простоту двигателя приходится платить. Так как двигатель питается однополярными импульсами тока, напрямую «на сеть» его включать нельзя. Обязательно требуется преобразователь и датчик положения ротора. Причем преобразователь не классический (типа шестиключевой инвертор): для каждой фазы у преобразователя для SRD должны быть полумосты, как на фото в начале этого раздела. Проблема в том, что для удешевления комплектующих и улучшения компоновки преобразователей силовые ключи и диоды часто не изготавливаются отдельно: обычно применяются готовые модули, содержащие одновременно два ключа и два диода – так называемые стойки. И именно их чаще всего и приходится ставить в преобразователь для ВИД СВ, половину силовых ключей просто оставляя незадействованной: получается избыточный преобразователь. Хотя в последние годы некоторые производители IGBT модулей выпустили изделия, предназначенные именно для SRD.
Следующая проблема – это пульсации вращающего момента. В силу зубчатой структуры и импульсного тока момент редко получается стабильным – чаще всего он пульсирует. Это несколько ограничивает применимость двигателей для транспорта – кому хочется иметь пульсирующий момент на колесах? Кроме того, от таких импульсов тянущего усилия не очень хорошо себя чувствуют подшипники двигателя. Проблема несколько решается специальным профилированием формы тока фазы, а также увеличением количества фаз.
Однако даже при этих недостатках двигатели остаются перспективными в качестве регулируемого привода. Благодаря их простоте сам двигатель получается дешевле классического асинхронного двигателя. Кроме того, двигатель легко сделать многофазным и многосекционным, разделив управление одним двигателем на несколько независимых преобразователей, которые работают параллельно. Это позволяет повысить надежность привода – отключение, скажем, одного из четырех преобразователей не приведет к остановке привода в целом – трое соседей будут какое-то время работать с небольшой перегрузкой. Для асинхронного двигателя такой фокус выполнить так просто не получается, так как невозможно сделать несвязанные друг с другом фазы статора, которые бы управлялись отдельным преобразователем полностью независимо от других. Кроме того, ВИД очень хорошо регулируются «вверх» от основной частоты. Железку ротора можно раскручивать без проблем до очень высоких частот.
Мы на фирме ООО «НПФ ВЕКТОР» выполнили несколько проектов на базе этого двигателя. Например, делали небольшой привод для насосов горячего водоснабжения, а также недавно закончили разработку и отладку системы управления для мощных (1,6 МВт) многофазных резервируемых приводов для обогатительных фабрик АК «АЛРОСА». Вот машинка на 1,25 МВт:
Вся система управления, контроллеры и алгоритмы были сделаны у нас в ООО «НПФ ВЕКТОР», силовые преобразователи спроектировала и изготовила фирма ООО «НПП «ЦИКЛ+». Заказчиком работы и проектировщиком самих двигателей являлась фирма ООО «МИП «Мехатроника» ЮРГТУ (НПИ)».
Это совсем другой тип двигателя, отличающийся по принципу действия от обычного ВИД. Исторически известны и широко используются вентильно-индукторные генераторы такого типа, применяемые на самолетах, кораблях, железнодорожном транспорте, а вот именно двигателями такого типа почему-то занимаются мало.
На рисунке схематично показана геометрия ротора и магнитный поток обмотки возбуждения, а также изображено взаимодействие магнитных потоков статора и ротора, при этом ротор на рисунке установлен в согласованное положение (момент равен нулю).
Ротор собран из двух пакетов (из двух половинок), между которыми установлена обмотка возбуждения (на рисунке показана как четыре витка медного провода). Несмотря на то, что обмотка висит «посередине» между половинками ротора, крепится она к статору и не вращается. Ротор и статор выполнены из шихтованного железа, постоянные магниты отсутствуют. Обмотка статора распределенная трехфазная – как у обычного асинхронного или синхронного двигателя. Хотя существуют варианты такого типа машин с сосредоточенной обмоткой: зубцами на статоре, как у SRD или BLDC двигателя. Витки обмотки статора охватывают сразу оба пакета ротора.
Упрощенно принцип работы можно описать следующим образом: ротор стремится повернуться в такое положение, при котором направления магнитного потока в статоре (от токов статора) и роторе (от тока возбуждения) совпадут. При этом половина электромагнитного момента образуется в одном пакете, а половина – в другом. Со стороны статора машина подразумевает разнополярное синусоидальное питание (ЭДС синусоидальна), электромагнитный момент активный (полярность зависит от знака тока) и образован за счет взаимодействия поля, созданного током обмотки возбуждения с полем, созданного обмотками статора. По принципу работы эта машина отлична от классических шаговых и SRD двигателей, в которых момент реактивный (когда металлическая болванка притягивается к электромагниту и знак усилия не зависит от знака тока электромагнита).
С точки зрения управления ВИД НВ оказывается эквивалентен синхронной машине с контактными кольцами. То есть, если вы не знаете конструкцию этой машины и используете её как «черный ящик», то она ведет себя практически неотличимо от синхронной машины с обмоткой возбуждения. Можно сделать векторное управление или автокоммутацию, можно ослаблять поток возбуждения для повышения частоты вращения, можно усиливать его для создания большего момента – всё так, как будто это классическая синхронная машина с регулируемым возбуждением. Только ВИД НВ не имеет скользящего контакта. И не имеет магнитов. И ротор в виде дешевой железной болванки. И момент не пульсирует, в отличие от SRD. Вот, например, синусоидальные токи ВИД НВ при работе векторного управления:
Кроме того, ВИД НВ можно создавать многофазным и многосекционным, аналогично тому, как это делается в ВИД СВ. При этом фазы оказываются несвязанными друг с другом магнитными потоками и могут работать независимо. Т.е. получается как будто бы несколько трехфазных машин в одной, к каждой из которых присоединяется свой независимый инвертор с векторным управлением, а результирующая мощность просто суммируется. Координации между преобразователями при этом не требуется никакой – только общее задание частоты вращения.
Минусы этого двигателя тоже есть: напрямую от сети он крутиться не может, так как, в отличие от классических синхронных машин, ВИД НВ не имеет асинхронной пусковой обмотки на роторе. Кроме того, он сложнее по конструкции, чем обычный ВИД СВ (SRD).
На основе данного двигателя мы также сделали несколько успешных проектов. Например, один из них – это серия приводов насосов и вентиляторов для районных теплостанций г. Москвы мощностью 315-1200кВт (ссылка на проект). Это низковольтные (380В) ВИД НВ с резервированием, где одна машина «разбита» на 2, 4 или 6 независимых трехфазных секций. На каждую секцию ставится свой однотипный преобразователь с векторным бездатчиковым управлением. Таким образом можно легко наращивать мощность на базе однотипной конструкции преобразователя и двигателя. При этом часть преобразователей подключено к одному вводу питания районной теплостанции, а часть к другому. Поэтому если происходит «моргушка питания» по одному из вводов питания, то привод не встает: половина секций кратковременно работают в перегрузке, пока питание не восстановится. Как только оно восстанавливается, на ходу в работу автоматически вводятся отдыхавшие секции. Вообще, наверное, этот проект заслуживал бы отдельной статьи, поэтому пока про него закончу, вставив фото двигателя и преобразователей:
К сожалению, двумя словами здесь не обойтись. И общими выводами про то, что у каждого двигателя свои достоинства и недостатки – тоже. Потому что не рассмотрены самые главные качества – массогабаритные показатели каждого и типов машин, цена, а также их механические характеристики и перегрузочная способность. Оставим нерегулируемый асинхронный привод крутить свои насосы напрямую от сети, тут ему конкурентов нет. Оставим коллекторные машины крутить дрели и пылесосы, тут с ними в простоте регулирования тоже потягаться сложно.
Давайте рассмотрим регулируемый электропривод, режим работы которого – длительный. Коллекторные машины здесь сразу исключаются из конкуренции по причине ненадежности коллекторного узла. Но остались еще четыре – синхронный, асинхронный, и два типа вентильно-индукторных. Если мы говорим о приводе насоса, вентилятора и чего-то похожего, что используется в промышленности и где масса и габариты особо не важны, то здесь из конкуренции выпадают синхронные машины. Для обмотки возбуждения требуются контактные кольца, что является капризным элементом, а постоянные магниты очень дороги. Конкурирующими вариантами остаются асинхронный привод и вентильно-индукторные двигатели обоих типов.
Как показывает опыт, все три типа машин успешно применяются. Но – асинхронный привод невозможно (или очень сложно) секционировать, т.е. разбить мощную машину на несколько маломощных. Поэтому для обеспечения большой мощности асинхронного преобразователя требуется делать его высоковольтным: ведь мощность – это, если грубо, произведение напряжения на ток. Если для секционируемого привода мы можем взять низковольтный преобразователь и наставить их несколько, каждый на небольшой ток, то для асинхронного привода преобразователь должен быть один. Но не делать же преобразователь на 500В и ток 3 килоампера? Это провода нужны с руку толщиной. Поэтому для увеличения мощности повышают напряжение и снижают ток. А высоковольтный преобразователь – это совсем другой класс задачи. Нельзя просто так взять силовые ключи на 10кВ и сделать из них классический инвертор на 6 ключей, как раньше: и нет таких ключей, а если есть, они очень дороги. Инвертор делают многоуровневым, на низковольтных ключах, соединенных последовательно в сложных комбинациях. Такой инвертор иногда тянет за собой специализированный трансформатор, оптические каналы управления ключами, сложную распределенную систему управления, работающую как одно целое… В общем, сложно всё у мощного асинхронного привода. При этом вентильно-индукторный привод за счет секционирования может «отсрочить» переход на высоковольтный инвертор, позволяя сделать привода до единиц мегаватт от низковольтного питания, выполненные по классической схеме. В этом плане ВИПы становятся интереснее асинхронного привода, да еще и обеспечивают резервирование. С другой стороны, асинхронные привода работают уже сотни лет, двигатели доказали свою надежность. ВИПы же только пробивают себе дорогу. Так что здесь надо взвесить много факторов, чтобы выбрать для конкретной задачи наиболее оптимальный привод.
Но всё становится еще интереснее, когда речь заходит о транспорте или о малогабаритных устройствах. Там уже нельзя беспечно относиться к массе и габаритам электропривода. И вот там уже нужно смотреть на синхронные машины с постоянными магнитами. Если посмотреть только на параметр мощности деленной на массу (или размер), то синхронные машины с постоянными магнитами вне конкуренции. Отдельные экземпляры могут быть в разы меньше и легче, чем любой другой «безмагнитный» привод переменного тока. Но здесь есть одно опасное заблуждение, которое я сейчас постараюсь развеять.
Если синхронная машина в три раза меньше и легче – это не значит, что для электротяги она подходит лучше. Всё дело в отсутствии регулировки потока постоянных магнитов. Поток магнитов определяет ЭДС машины. На определенной частоте вращения ЭДС машины достигает напряжения питания инвертора и дальнейшее повышение частоты вращения становится затруднительно. Тоже самое касается и повышения момента. Если нужно реализовать больший момент, в синхронной машине нужно повышать ток статора – момент возрастет пропорционально. Но более эффективно было бы повысить и поток возбуждения – тогда и магнитное насыщение железа было бы более гармоничным, а потери были бы ниже. Но опять же поток магнитов повышать мы не можем. Более того, в некоторых конструкциях синхронных машин и ток статора нельзя повышать сверх определенной величины – магниты могут размагнититься. Что же получается? Синхронная машина хороша, но только лишь в одной единственной точке – в номинальной. С номинальной частотой вращения и номинальным моментом. Выше и ниже – всё плохо. Если это нарисовать, то получится вот такая характеристика частоты от момента (красным):
На рисунке по горизонтальной оси отложен момент двигателя, по вертикальной – частота вращения. Звездочкой отмечена точка номинального режима, например, пусть это будет 60кВт. Заштрихованный прямоугольник – это диапазон, где возможно регулирование синхронной машины без проблем – т.е. «вниз» по моменту и «вниз» по частоте от номинала. Красной линией отмечено, что можно выжать из синхронной машины сверх номинала – небольшое повышение частоты вращения за счет так называемого ослабления поля (на самом деле это создание лишнего реактивного тока по оси d двигателя в векторном управлении), а также показана некоторая возможная форсировка по моменту, чтобы было безопасно для магнитов. Всё. А теперь давайте поставим эту машину в легковое транспортное средство без коробки передач, где батарея рассчитана на отдачу 60кВт. Желаемая тяговая характеристика изображена синим. Т.е. начиная с самой низкой скорости, скажем, с 10км/ч привод должен развивать свои 60кВт и продолжать их развивать вплоть до максимальной скорости, скажем 150км/ч. Синхронная машина и близко не лежала: её момента не хватит даже чтобы заехать на бордюр у подъезда (или на поребрик у парадной, для полит. корректности), а разогнаться машина сможет лишь до 50-60км/ч.
Что же это значит? Синхронная машина не подходит для электротяги без коробки передач? Подходит, конечно же, просто надо по-другому её выбрать. Вот так:
Надо выбрать такую синхронную машину, чтобы требуемый тяговый диапазон регулирования был весь внутри её механической характеристики. Т.е. чтобы машина одновременно могла развить и большой момент, и работать на большой частоте вращения. Как вы видите из рисунка… установленная мощность такой машины будет уже не 60кВт, а 540кВт (можно посчитать по делениям). Т.е. в электромобиль с батареей на 60кВт придется установить синхронную машину и инвертор на 540кВт, просто чтобы «пройти» по требуемому моменту и частоте вращения.
Конечно же, так как описано, никто не делает. Никто не ставит машину на 540кВт вместо 60кВт. Синхронную машину модернизируют, пытаясь «размазать» её механическую характеристику из оптимума в одной точке вверх по скорости и вниз по моменту. Например, прячут магниты в железо ротора (делают инкорпорированными), это позволяет не бояться размагнитить магниты и ослаблять поле смелее, а также перегружать по току побольше. Но от таких модификаций синхронная машина набирает вес, габариты и становится уже не такой легкой и красивой, какой она была раньше. Появляются новые проблемы, такие как «что делать, если в режиме ослабления поля инвертор отключился». ЭДС машины может «накачать» звено постоянного тока инвертора и выжечь всё. Или что делать, если инвертор на ходу пробился — синхронная машина замкнется и может токами короткого замыкания убить и себя, и водителя, и всю оставшуюся живой электронику — нужны схемы защиты и т.п.
Поэтому синхронная машина хороша там, где большого диапазона регулирования не требуется. Например, в сегвее, где скорость с точки зрения безопасности может быть ограничена на 30км/ч (или сколько там у него?). А еще синхронная машина идеальна для вентиляторов: у вентилятора сравнительно мало изменяется частота вращения, от силы раза в два – больше особо нет смысла, так как воздушный поток ослабевает пропорционально квадрату скорости (примерно). Поэтому для небольших пропеллеров и вентиляторов синхронная машина – это то, что нужно. И как раз она туда, собственно, успешно ставится.
Тяговую кривую, изображенную на рисунке синим цветом, испокон веков реализуют двигатели постоянного тока с регулируемым возбуждением: когда ток обмотки возбуждения изменяют в зависимости от тока статора и частоты вращения. При увеличении частоты вращения уменьшается и ток возбуждения, позволяя машине разгоняться выше и выше. Поэтому ДПТ с независимым (или смешанным) управлением возбуждением классически стоял и до сих пор стоит в большинстве тяговых применений (метро, трамваи и т.п.). Какая же электрическая машина переменного тока может с ним поспорить?
К такой характеристике (постоянства мощности) могут лучше приблизиться двигатели, у которых регулируется возбуждение. Это асинхронный двигатель и оба типа ВИПов. Но у асинхронного двигателя есть две проблемы: во-первых, его естественная механическая характеристика – это не кривая постоянства мощности. Потому что возбуждение асинхронного двигателя осуществляется через статор. А поэтому в зоне ослабления поля при постоянстве напряжения (когда на инверторе оно закончилось) подъем частоты в два раза приводит к падению тока возбуждения в два раза и моментоообразующего тока тоже в два раза. А так как момент на двигателе – это произведение тока на поток, то момент падает в 4 раза, а мощность, соответственно, в два. Вторая проблема – это потери в роторе при перегрузке с большим моментом. В асинхронном двигателе половина потерь выделяется в роторе, половина в статоре. Для уменьшения массогабаритных показателей на транспорте часто применяется жидкостное охлаждение. Но водяная рубашка эффективно охладит лишь статор, за счет явления теплопроводности. От вращающегося ротора тепло отвести значительно сложнее – путь отвода тепла через «теплопроводность» отрезан, ротор не касается статора (подшипники не в счет). Остается воздушное охлаждение путем перемешивая воздуха внутри пространства двигателя или излучение тепла ротором. Поэтому ротор асинхронного двигателя получается своеобразным «термосом» — единожды перегрузив его (сделав динамичный разгон на машине), требуется долгое время ждать остывания ротора. А ведь его температуру еще и не измерить… приходится только предсказывать по модели.
Здесь нужно отметить, как мастерски обе проблемы асинхронного двигателя обошли в Тесла в своей Model S. Проблему с отводом тепла из ротора они решили… заведя во вращающийся ротор жидкость (у них есть соответствующий патент, где вал ротора полый и он омывается внутри жидкостью, но достоверно я не знаю, применяют ли они это). А вторую проблему с резким уменьшением момента при ослаблении поля… они не решали. Они поставили двигатель с тяговой характеристикой, почти как у меня нарисована для «избыточного» синхронного двигателя на рисунке выше, только у них не 540кВт, а 300кВт. Зона ослабления поля в тесле очень маленькая, где-то два крата. Т.е. они поставили «избыточный» для легкового автомобиля двигатель, сделав вместо бюджетного седана по сути спорт-кар с огромной мощностью. Недостаток асинхронного двигателя обратили в достоинство. Но если бы они попытались сделать менее «производительный» седан, мощностью 100кВт или меньше, то асинхронный двигатель, скорее всего, был бы точно таким же (на 300кВт), просто его искусственно задушили электроникой бы под возможности батареи.
А теперь ВИПы. Что могут они? Какая тяговая характеристика у них? Про ВИД СВ я точно сказать не могу – это по своему принципу работы нелинейный двигатель, и от проекта к проекту его механическая характеристика может сильно меняться. Но в целом он скорее всего лучше асинхронного двигателя в плане приближения к желаемой тяговой характеристике с постоянством мощности. А вот про ВИД НВ я могу сказать подробнее, так как мы на фирме им очень плотно занимаемся. Видите вон ту желаемую тяговую характеристику на рисунке выше, которая нарисована синим цветом, к которой мы хотим стремиться? Это на самом деле не просто желаемая характеристика. Это реальная тяговая характеристика, которую мы по точкам по датчику момента сняли для одного из ВИД НВ. Так как ВИД НВ имеет независимое внешнее возбуждение, то его качества наиболее приближены к ДПТ НВ, который тоже может сформировать такую тяговую характеристику за счет регулирования возбуждения.
Так что же? ВИД НВ – идеальная машина для тяги без единой проблемы? На самом деле нет. Проблем у него тоже куча. Например, его обмотка возбуждения, которая «висит» между пакетами статора. Хоть она и не вращается, от неё тоже сложно отводить тепло – получается ситуация почти как ротором асинхронника, лишь немного получше. Можно, в случае надобности, «кинуть» трубку охлаждения со статора. Вторая проблема – это завышенные массогабаритные показатели. Глядя на рисунок ротора ВИД НВ, можно видеть, что пространство внутри двигателя используется не очень эффективно – «работают» только начало и конец ротора, а середина занята обмоткой возбуждения. В асинхронном двигателе, например, вся длина ротора, всё железо «работает». Сложность сборки – засунуть обмотку возбуждения внутрь пакетов ротора надо еще суметь (ротор делается разборным, соответственно, есть проблемы с балансировкой). Ну и просто массогабаритные характеристики пока получаются не очень-то выдающимися по сравнению с теми же асинхронными двигателями Тесла, если накладывать тяговые характеристики друг на друга.
А также есть еще общая проблема обоих типов ВИД. Их ротор – пароходное колесо. И на высоких частотах вращения (а высокая частота нужна, так высокочастотные машины при той же мощности меньше тихоходных) потери от перемешивания воздуха внутри становятся очень значительными. Если до 5000-7000 об/мин ВИД еще можно сделать, то на 20000 об/мин это получится большой миксер. А вот асинхронный двигатель на такие частоты и гораздо выше сделать вполне можно за счет гладкого статора.
Так что же лучше всего в итоге для электротяги? Какой двигатель самый лучший?
Понятия не имею. Все плохие. Надо изобретать дальше. Но мораль статьи такова – если вы хотите сравнить между собой разные типы регулируемого электропривода, то нужно сравнивать на конкретной задаче с конкретной требуемой механической характеристикой по всем-всем параметрам, а не просто по мощности. Также в этой статье не рассмотрены еще куча нюансов сравнения. Например, такой параметр как длительность работы в каждой из точек механической характеристики. На максимальном моменте обычно ни одна машина не может работать долго – это режим перегрузки, а на максимальной скорости очень плохо себя чувствуют синхронные машины с магнитами – там у них огромные потери в стали. А еще интересный параметр для электротяги – потери при движении выбегом, когда водитель отпустил газ. Если ВИПы и асинхронные двигатели будут крутиться как болванки, то у синхронной машины с постоянными магнитами останутся почти номинальные потери в стали из-за магнитов. И так далее, и так далее…
Поэтому нельзя вот так просто взять и выбрать лучший электропривод.
UPD:
Обобщая замечания в комментариях, необходимо дополнить некоторые важные, как оказалось, вещи, которые я изначально опустил как маловажные.
1. Асинхронные двигатели до эры преобразователей частоты регулировали за счет применения так называемого фазного ротора — когда ротор делался в виде обмотки, а не беличьей клетки, а через контактные кольца (как у синхронной машины) фазы ротора выводились наружу. Включая в цепь ротора резисторы можно было мягко пускать АД и безопасно регулировать частоту вращения, изменяя сопротивление. Проблема в том, что очень много энергии при этом терялось в резисторах — иногда до половины от подводимой к приводу мощности.
2. В статье не упомянуты синхронные реактивные машины и их совмещение с синхронными машинами с постоянными магнитами. Если сделать ротор синхронной машины с магнитами явнополюсным — например таким, как нарисован ротор SRD двигателя на gif анимации, то развиваемый момент может быть не только активным, но и реактивным — как у SRD. Подбирая оптимальное сочетание активного и реактивного момента можно частично исключить проблемы классической синхронной машины с магнитами, значительно расширив диапазон работы с постоянством мощности. Получается некий гибрид реактивной машины и синхронной с магнитами.
3. Шаговые двигатели не рассмотрены, потому что по принципу действия они в первом приближении схожи либо с синхронными машинами с постоянными магнитами, либо с SRD двигателями — зависит от конкретного типа шаговика. Только шаговые двигатели, в отличие от «силовых» приводов, имеют гораздо большее количество пар полюсов (зубцов) для увеличения коэффициента электрической редукции: чтобы одному периоду тока соответствовало меньшее угловое перемещение вала. Управление шаговиками обычно тривиальное — последовательный перебор фаз друг за другом (шаги). Более продвинутые системы дробят шаг, подавая в двигатель «микрошаги» — по сути приближая управление к синусоидальному. Еще более продвинутые используют датчик положения ротора и применяют полноценное векторное управление. Но в таком случае и машину нужно делать более качественную, а называться в сумме это будет уже настоящим сервоприводом.
Что такое двигатель и как он работает — фото видео.
Содержание статьи
СЕГОДНЯ МОЖНО ВСТРЕТИТЬ СЛЕДУЮЩИЕ ВИДЫ ДВИГАТЕЛЕЙ:
- двигатель внутреннего сгорания – самый распространенный вид на сегодняшний день,
- электродвигатель – относительно молодая модель,
- гибридная силовая установка, или комбинированный двигатель – так же относительно новая модель.
Двигатель внутреннего сгорания в свою очередь подразделяется на поршневую, роторно-поршневую и газотурбинную модель. Сегодня инженеры при разработке автомобилей используют поршневые установки. Все остальные виды двигателей можно встретить крайне редко, в основном машины с такими двигателями можно встретить только в музеях. Поршневые двигатели работают на основе жидкого топлива, в качестве которого используется бензин или же дизельное топливо или на основе природного газа. Самым распространенным видом является поршневой двигатель, работающий на основе бензина.
Относительно недавно появились электромобили, которые оснащены электродвигателями. Этот вид двигателя работает на основе электрической энергии, в качестве источника которой берутся топливные элементы или аккумуляторные батарейки. Сегодня такие автомобили, пока, не пользуются большим спросом, так как они нуждаются в частой подзарядке. Зато такой вид транспорта не выбрасывает в атмосферу вредных смесей.
Современные производители активно выпускают автомобили, оснащенные гибридной или комбинированной силовой установкой. В этом случае двигательная система имеет ДВС и электромотор.
На сегодняшний день распространены бензиновые и дизельные двигатели внутреннего сгорания. Они имеют следующие рабочие циклы:
Бензиновые двигатели имеют принудительное зажигание топливо-воздушной смеси искровыми свечами. Различаются по типу системы питания:
в карбюраторных смешение бензина с воздухом начинается в карбюраторе и продолжается во впускном трубопроводе. В настоящее время выпуск таких двигателей снижается из-за низкой экономичности и несоответствия современным экологическим нормам;
в впрысковых двигателях топливо может подаваться одним инжектором (форсункой) в общий впускной трубопровод (центральный, моновпрыск) или несколькими инжекторами перед впускными клапанами каждого цилиндра (распределенный впрыск). В них возможно некоторое увеличение максимальной мощности и снижение расхода бензина и токсичности отработавших газов за счет более точной дозировки топлива электронной системой управления двигателем;
двигатели с непосредственным впрыскиванием бензина в камеру сгорания, который подается в цилиндр несколькими порциями, что оптимизирует процесс сгорания, позволяет двигателю работать на обедненных смесях, соответственно уменьшается расход топлива и выброс вредных веществ.
Дизели — двигатели, в которых воспламенение смеси топлива с воздухом происходит от повышения ее температуры при сжатии. По сравнению с бензиновыми эти двигатели обладают лучшей экономичностью (на 15-20%) благодаря большей (в два и более раз) степени сжатия (см. ниже), улучшающей процессы горения топливо-воздушной смеси. Достоинством дизелей является отсутствие дроссельной заслонки, которая создает сопротивление движению воздуха на впуске и увеличивает расход топлива. Максимальный крутящий момент (см. ниже) дизели развивают на меньшей частоте вращения коленчатого вала (в обиходе — «тяговиты на низах»).
Дизели устаревших конструкций обладали по сравнению с бензиновыми двигателями и рядом недостатков:
большей массой и стоимостью при одинаковой мощности из-за высокой степени сжатия (в 1,5-2 раза больше), увеличивавшей давление в цилиндрах и нагрузки на детали, что заставляло изготавливать более прочные элементы двигателя, увеличивая их габариты и вес;
большей шумностью из-за особенностей процесса горения топлива в цилиндрах;
меньшими максимальными оборотами коленвала из-за более высокой массы деталей, вызывавшей большие инерционные нагрузки. По этой же причине дизели, как правило, менее приемисты — медленнее набирают обороты.
Роторно-поршневой двигатель (Ванкеля) — в нем ротор-поршень совершает не возвратно-поступательное движение, как в бензиновых двигателях и дизелях, а вращается по определенной траектории. Благодаря этому он обладает хорошей приемистостью — быстро набирает обороты, обеспечивая автомобилю хорошую динамику разгона. Из-за конструктивных особенностей степень сжатия ограничена, поэтому работает только на бензине и обладает худшей экономичностью из-за формы камеры сгорания. Раньше его недостатком был меньший ресурс, а теперь и невысокие экологические показатели, которым сейчас уделяется большое внимание.
Двигатель — устройство, преобразующее энергию сгорания топлива в механическую работу. Практически все автомобильные двигатели работают по циклу, состоящему из четырех тактов:
•впуск воздуха или его смеси с топливом;
•сжатие рабочей смеси,
•рабочий ход при сгорании рабочей смеси;
•выпуск отработавших газов.
Наибольшее распространение в автомобилях получили поршневые двигатели — бензиновые и дизели.
Турбированные двигатели и «атмосферники»: главные отличия
Для начала немного истории и теории. В основу работы любого ДВС положен принцип сгорания топливно-воздушной смеси в закрытой камере. Как известно, чем больше воздуха удается подать в цилиндры, тем больше горючего получается сжечь за один цикл. От количества сгоревшего топлива будет напрямую зависеть количество высвобождающейся энергии, которая толкает поршни. В атмосферных моторах забор воздуха происходит благодаря образованию разрежения во впускном коллекторе. Другими словами, мотор буквально «засасывает» в себя наружный воздух на такте впуска самостоятельно, а объем поместившегося воздуха зависит от физического объема камеры сгорания.
Получается, чем больше рабочий объем двигателя, тем больше воздуха он может уместить в цилиндрах и тем большее количество топлива получится сжечь. В результате мощность атмосферного ДВС и крутящий момент сильно зависят от объема мотора. Рекомендуем также прочитать отдельную статью о том, что такое рабочий объем двигателя. Из этой статьи вы узнаете, какие параметры определяют данную характеристику, чем измеряется объем мотора и на что влияет данный показатель. Принципиальной особенностью двигателей с нагнетателем является принудительная подача воздуха в цилиндры под определенным давлением.
Данное решение позволяет силовому агрегату развивать больше мощности без необходимости физически увеличивать рабочий объем камеры сгорания. Добавим, что системами нагнетания воздуха может быть как турбина (турбокомпрессор), так и механический компрессор. На практике это выглядит следующим образом. Для получения мощного мотора можно пойти двумя путями:
увеличить объем камеры сгорания и/или изготовить двигатель с большим количеством цилиндров; подать в цилиндры воздух под давлением, что исключает необходимость увеличивать камеру сгорания и количество таких камер;
С учетом того, что на каждый литр топлива требуется около 1м3 воздуха для эффективного сжигания смеси в ДВС, автопроизводители по всему миру долгое время шли по пути совершенствования атмосферных двигателей. Атмомоторы представляли собой максимально надежный вид силовых агрегатов. Поэтапно происходило увеличение степени сжатия, при этом двигатели стали более стойкими к детонации. Благодаря появлению синтетических моторных масел минимизировались потери на трение, инженеры научились изменять фазы газораспределения, внедрение электронных систем управления двигателем позволило добиться высокоточного впрыска горючего и т.д. В результате моторы от V6 до V12 с большим рабочим объемом долгое время являлись эталоном производительности. Также не стоит забывать и о надежности, так как конструкция атмосферных двигателей всегда оставалась проверенным временем решением.
Параллельно с этим главными минусами мощных атмосферных агрегатов справедливо считается большой вес и повышенный расход топлива, а также токсичность. Получается, на определенном этапе развития двигателестроения увеличение рабочего объема оказалось попросту нецелесообразным. Теперь о турбомоторах. Еще одним типом агрегатов на фоне популярных «атмосферников» всегда оставались менее распространенные агрегаты с приставкой «турбо», а также компрессорные двигатели. Такие ДВС появились достаточно давно и изначально шли по другому пути развития, получив системы для принудительного нагнетания воздуха в цилиндры двигателя. Рекомендуем также прочитать статью о том, что лучше, механический компрессор или турбина. Из этой статьи вы узнаете о преимуществах и недостатках указанных систем нагнетания воздуха, а также о том, какой мотор выбрать, с компрессором или турбированный.
Стоит отметить, что значительной популяризации моторов с наддувом и быстрому внедрению подобных агрегатов в широкие массы долгое время препятствовала высокая стоимость автомобилей с нагнетателем. Другими словами, двигатели с наддувом были редким явлением. Объясняется это просто, так как на раннем этапе машины с турбодвигателем, механическим компрессором или одновременной комбинацией сразу двух решений зачастую ставились на дорогостоящие спортивные модели авто. Немаловажным фактором оказалась и надежность агрегатов данного типа, которые требовали повышенного внимания в процессе обслуживания и уступали по показателям моторесурса атмосферным ДВС. Кстати, сегодня это утверждение также справедливо для двигателей с турбиной, которые конструктивно сложнее компрессорных аналогов и еще дальше ушли от атмосферных версий.
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).
Устройство автомобиля. Двигатель внутреннего сгорания
Что такое КОНТРАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ. Как осматривать Б/У двигатель при покупке. Секреты перекупа.
Что такое роторный двигатель? История создания и особенности конструкции.
Два «горба». На каких оборотах мотор машины максимально эффективен? | Практические советы | Авто
Характеристики мотора зависят от числа оборотов, до которых раскручивается коленвал. Если сразу после старта, когда скорость не превышает еще 20 км/ч, включить третью передачу механической коробки и давить на педаль, то машина начнет разгоняться вяло, без эмоционального подхвата. Обороты мотора при этом не превышают 1500. Как же правильно ездить, чтобы мотор всегда был на пике силы?
Пик мощности
Дело в том, что бензиновый атмосферный мотор выходит на пик мощности только в узком диапазоне оборотов. Как правило, это 5-6 тысяч. Если посмотреть на тахометр, то соответствующий максимальной отдаче мотора сектор на шкале прибора помечен желтой краской, переходящей в красную зону, которая продолжается от 5 до 7 тысяч. На этих оборотах мотор испытывает экстремальные нагрузки, в том числе и температурные. Долго удерживать в нем стрелку тахометра не рекомендуется.
Ранее у карбюраторных моторов передачи подбирались таким образом, чтобы трудиться в этом сравнительно узком диапазоне. Сейчас конструкция системы подачи топлива и зажигания изменились, появился впрыск, и процесс смесеобразования осуществляется многоступенчато и контролируется электроникой. Тем самым оптимальная смесь топлива с воздухом готовится даже для очень низких температур. Эта особенность электронного впрыска позволяет повысить другую характеристику мотора, а именно крутящий момент.
Пик тяги
Крутящим моментом является сила, которая умножена на плечо ее приложения. Крутящий момент всегда измеряется в ньютонах, а величина рычага — в метрах. Тем самым это сила, с которой 1 килограмм давит на конец рычага (поршень) мотора с длиной в 1 метр. Роль рычага в силовой установке всегда играет кривошип коленвала.
Крутящий момент ощущается в автомобиле как тяга и усилие при ускорении. От крутящего момента напрямую зависит время достижения двигателем максимальной мощности и ускорения.
Электроника меняет фазы газораспределения, позволяя расширить планку крутящего момента, что делает мотор более эластичным. У него появляется способность хорошо тянуть даже на низких оборотах, несмотря на то, что мощность мотора невысока.
Пик крутящего момента у атмосферных моторов приходится на 3500 оборотов, а у турбированных с непосредственным впрыском топлива можно наблюдать более интересные характеристики.
Современные системы впрыска и фазораспределения делают силовой агрегат необычайно сильным на низах. Почти от оборотов холостого хода турбированный мотор уже обладает достаточной тягой, чтобы хорошо стартовать. Пик крутящего момента начинается от 1500 оборотов и продолжается до 4-5 тысяч. В этом диапазоне оборотов силовой агрегат придает транспортному средству наивысшую динамичность.
Зона эффективности
Если посмотреть на графики характеристик мотора, то можно увидеть две кривые с двумя пиками или «горбами». Одна показывает нарастание мощности, а другая — крутящего момента.
Максимальная эффективность и отдача мотора достигается между двумя этими пиками, а именно между максимумом крутящего момента и максимумом мощности.
Тем самым атмосферные моторы хорошо тянут в пределах 3500-6000 оборотов. Поэтому для ускорения во время обгонов лучше подбирать такую передачу, чтобы мотор попадал в этот диапазон. Тогда он сможет быстро разогнать автомобиль.
Турбированные двигатели с непосредственным впрыском будут хорошо ехать от 1500 до 6000 оборотов. Они обладают хорошей эластичностью и всегда имеют запас тяги для рывка. В этом их главное преимущество.
Что такое универсальный мотор? — его приложения
Двигатели, которые могут использоваться с однофазным источником переменного тока, а также с источником питания и напряжения постоянного тока, называются универсальным двигателем . Он также известен как однофазный двигатель серии Motor . Универсальный двигатель — это двигатель коммутационного типа. Если полярность линейных клемм двигателя постоянного тока изменена, двигатель продолжит вращаться в том же направлении.
Направление определяется как полярностью поля, так и направлением тока через якорь.Поскольку крутящий момент пропорционален магнитному потоку и току якоря. Пусть последовательный двигатель постоянного тока подключен к однофазному источнику переменного тока. Так как через обмотку возбуждения и обмотку якоря протекает один и тот же ток, изменение полярности переменного тока с положительного на отрицательное или наоборот повлияет на полярность потока поля и направление тока через якорь.
Направление развиваемого крутящего момента останется положительным, а направление вращения останется прежним. Характер крутящего момента будет пульсирующим, а частота будет вдвое больше, чем частота сети, как показано на диаграмме ниже.
Таким образом, универсальный двигатель может работать как от переменного, так и от постоянного тока. Однако серийный двигатель, который в основном предназначен для работы на постоянном токе, если он работает от однофазного источника переменного тока, имеет следующие недостатки.
- КПД становится низким из-за гистерезиса и потерь на вихревые токи.
- Коэффициент мощности низкий из-за большого реактивного сопротивления поля и обмоток якоря.
- Искра на щетках слишком велика.
Чтобы преодолеть перечисленные ниже недостатки, в двигатель серии постоянного тока вносятся определенные модификации, чтобы он мог работать даже на переменном токе.Они следующие: —
- Сердечник возбуждения изготовлен из материала с низкими гистерезисными потерями. Он ламинирован для уменьшения потерь на вихревые токи.
- Увеличена площадь полюсов поля для уменьшения плотности потока. В результате снижаются потери в стали и падение реактивного напряжения.
- Для получения необходимого крутящего момента количество жил в якоре увеличено.
Компенсирующая обмотка используется для уменьшения эффекта реакции якоря и улучшения процесса коммутации.Обмотка помещается в пазы статора, как показано на рисунке ниже.
Серийный двигатель с компенсированной обмоткой показан на рисунке ниже.
Обмотка вставлена в паз статора. Ось компенсационной обмотки составляет 90 градусов относительно оси главного поля. Компенсирующая обмотка включена последовательно как с якорем, так и с полем, поэтому она называется кондуктивно компенсированной.
Если компенсирующая обмотка закорочена, двигатель считается индуктивно компенсированным.Схема подключения представлена ниже.
Конструкция универсального двигателя такая же, как и у серийного двигателя. Чтобы свести к минимуму проблему коммутации, используются щетки с высоким сопротивлением и увеличенной площадью щетки. Для уменьшения потерь на вихревые токи сердечник статора и ярмо имеют многослойное покрытие. Универсальный мотор прост и дешевле. Обычно используется для мощности не более 750 Вт.
Характеристики универсального двигателя аналогичны характеристикам двигателя постоянного тока.При работе от сети переменного тока серийный двигатель развивает меньший крутящий момент. Меняя местами соединения полей относительно якоря, можно изменять направление вращения.
Управление скоростью универсальных двигателей осуществляется полупроводниковыми устройствами. Этот двигатель больше всего подходит для приложений, требующих высоких скоростей. Так как скорость этих двигателей не ограничена частотой питания и достигает 20000 об / мин.
Применение универсального двигателя
Универсальный двигатель используется для целей, где необходимо регулирование скорости и высокие значения скорости.Различные области применения универсального двигателя: —
- Переносной сверлильный станок.
- Используется в фенах, шлифовальных машинах и настольных вентиляторах.
- Универсальный двигатель также используется в воздуходувках, полировальных машинах и кухонной технике.
Моторы — НойМоторс
В каталоге NeuMotors доступны тысячи конфигураций двигателей. Выберите из серии двигателей, перечисленных ниже, для просмотра конкретных данных двигателя.
| Серия двигателя | Вес | Вт, продолж. / Макс. | Смещение крутящего момента / об / мин | Макс.об / мин | Зубчатая передача | Размер вала двигателя |
| 05xx | 14g | 50-100 | Очень высокая частота вращения | 100000 | нет данных | 1,5 мм или 2 мм |
| 07xx | 28g | 150-300 | Очень высокая частота вращения | 90,000 | опционально | 2 мм или 3 мм |
| 11xx | 65 г-164 г | 200-1400 | Очень высокие обороты | 60,000 | опционально | 3.17 мм или 5 мм |
| 14xx | 187g-297g | 450-2,200 | Средняя и высокая частота вращения | 60,000 | опционально | 5 мм |
| 15xx | 170g-895-7,000 | Средняя и высокая частота вращения | 60,000 | опционально | 3,17 мм, 5 мм или 8 мм | |
| 17xx | 136 г-215 г | 500-1700 | Более высокий крутящий момент | 35,000 | опционально | 5 мм |
| 19xx | 125 г — 623 г | 300-6,000 | Более высокий крутящий момент | 35,000 | опционально | 5, 6 или 8 мм |
| 22xx / 12 | 708 г-1,359 г | 2,500- 10000 | Средне-высокие об / мин | 40000 | опционально | 8 мм |
| 22xx / 24 | 708 г-962 г | 90 232 2,500-6,400Более высокий крутящий момент | 30,000 | опционально | 8 мм | |
| 30xx | 1934 г-2900 г | 10,000-30,000 | Высокий крутящий момент / высокая частота вращения | 30,000 мм+ | опционально | |
| 32xx | 680 г + | 10,000-40,000 | Очень высокий крутящий момент | 10,000 | опционально | 8 мм |
| 44xx | 1,786 г-4,675 г | 5,000-40,000 | Очень высокий крутящий момент | 10,000 | опционально | 14 мм |
| Серия двигателя | Вес | Вт Продолж./ Макс | Крутящий момент / об / мин Смещение | Макс.об / мин | Зубчатая передача | Размер вала двигателя |
| 12xx | 14g-33g | 65-130 | Винт привода | 20,000+ | н / д | 5 мм |
| 20xx | 96 г | 150-300 | Мультикоптер | 20,000+ | нет данных | 6 мм / прямое крепление |
| 38xx | 105g-260g | 400-800 | Опора Привод | 20,000 | нет данных | 6 мм |
| 46xx | 134g-453g | 1,000-6,000 | Prop Drive | 12,000 | нет | 8 мм |
| 46xx M | 93g-130gMulticopter | 12,000 | нет данных | 6 мм / прямое крепление | ||
| 65xx | 90 407 468 г-1305 г2,500-14,000 | Высокий крутящий момент | 12,000 | н / д | 8 мм | |
| 80xx | 1.2 кг — 2,6 кг | 7,500-30,000 | Высокий крутящий момент | 12,000 | н / д | Различные + Адаптер опоры |
| 120xx | 2,6 кг + | 20,000-40,000 | Высокий крутящий момент | 10,000 | н / д | Различный + адаптер стойки |
| 180xx | 8 кг + | 40,000-80,000 | Высокий крутящий момент | 8,000 | нет | Различный адаптер + стойки |
* M обозначает двигатели, оптимизированные для приложений MULTICOPTER