Работа мотора: Принцип работы двс

Как и почему работает мотор автомобиля?

Работа двигателя внутреннего сгорания базируется на превращении тепловой энергии, образующейся в результате сгорания топлива, в механическую энергию, которая и применяется для приведения автомобиля в движение. При этом двигатель включает в себя следующие агрегаты, детали и узлы: головка блока цилиндров, блок цилиндров, поршни, поршневые кольца, поршневые пальцы, шатуны, коленчатый вал, маховик, распределительный вал с кулачками, клапана, свечи зажигания (рис. 2.2).

Автомобили малого и среднего класса оборудуются обычно четырехцилиндровыми двигателями внутреннего сгорания. Именно такими моторами оснащались «Москвичи» и «Жигули» — самые известные представители советского автопрома. Машины среднего и большого класса могут оснащаться и шести-, и восьми-, и двенадцатицилиндровыми моторами. Здесь прослеживается следующая закономерность: чем больше цилиндров — тем мощнее мотор, но, с другой стороны, и тем больше топлива он будет расходовать.

Чтобы лучше уяснить принцип работы двигателя внутреннего сгорания, рассмотрим его на примере одноцилиндрового бензинового мотора. Его главной частью является цилиндр, внутренняя поверхность которого отполирована до зеркального состояния. Наглядно представить цилиндр очень просто — достаточно перевернуть вверх дном простой стакан. На цилиндре установлена съемная головка, а внутри его располагается поршень (рис. 2.3).

Поршень двигается внутри цилиндра вертикально — вверх-вниз. Снаружи по окружности поршня в специальных канавках расположены поршневые кольца. Дело в том, что поршень не прилегает плотно к внутренней поверхности цилиндра, а поршневые кольца, во-первых, препятствуют попаданию вниз газа, образующегося при работе двигателя, а во-вторых — не «пускают» моторное масло в камеру сгорания (она находится над верхним положением поршня).

Поршень монтируется на шатуне с помощью поршневого пальца, а шатун, в свою очередь — на кривошипе коленчатого вала (рис. 2.

4).

При сгорании горючей смеси образующиеся газы расширяются и давят на поверхность поршня, в результате чего он движется вниз и через шатун передает свою энергию на коленчатый вал, заставляя его вращаться. На конце коленвала находится маховик — массивный металлический диск. Он обеспечивает инерционное вращение коленчатого вала, благодаря чему совершаются подготовительные такты рабочего цикла двигателя.

Горючая смесь, представляющая собой смесь паров бензина и воздуха, поступает в камеру сгорания через впускной клапан, а после сгорания превращается в выхлопные газы и выходит через выпускной клапан. И впускной, и выпускной клапана открываются тогда, когда их толкает соответствующий кулачок распределительного вала, и вновь плотно закрывают отверстие с помощью мощных пружин, когда кулачок уходит.

Распределительный вал приходит в движение от коленчатого вала. В головке блока цилиндров есть специальное отверстие с резьбой, в которое вкручивается свеча; именно она дает искру, от которой воспламеняется горючая смесь. На каждый цилиндр двигателя приходится одна свеча (следовательно, у четырехцилиндрового двигателя имеется четыре свечи, у восьмицилиндрового — восемь и т. д.).

При движении вверх-вниз поршень поочередно достигает двух крайних положений — верхнего и нижнего: в этих положениях он максимально удален от центральной оси коленчатого вала. Верхнее крайнее положение поршня называется верхней мертвой точкой, а нижнее крайнее его положение — нижней мертвой точкой(сокращенно соответственно ВМТ и НМТ). Расстояние между верхней и нижней мертвыми точками называется ходом поршня.

Когда поршень находится в верхней мертвой точке, над ним остается пространство, которое называется 

камера сгорания; именно в этом пространстве воспламеняется и сгорает горючая смесь. В результате воспламенения образуется нечто вроде минивзрыва, который отталкивает поршень вниз — именно в этот момент происходит превращение тепловой энергии в механическую: двигаясь вниз, поршень толкает коленчатый вал, от которого крутящий момент передается на ведущие колеса автомобиля (более подробно о том, как это происходит, вы узнаете позже). Объем, занимаемый камерой сгорания, так и называется — объем камеры сгорания.

Объем, который находится в пространстве между ВМТ и НМТ, называется рабочим объемом цилиндра. Если сложить объем камеры сгорания и рабочий объем цилиндра, получится полный объем цилиндра.

Сумма полных объемов всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания называется 

рабочим объемом двигателя.

Рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания — это определенная последовательность процессов, периодически совершающихся в каждом цилиндре.

Важно.

Каждый из рабочих процессов происходит в течение одного хода поршня и называется тактом.

Все двигатели внутреннего сгорания делятся на две категории: четырехтактные и двухтактные. Как нетрудно догадаться, в первом случае один рабочий цикл совершается за четыре хода поршня, а во втором — за два хода поршня. Отметим, что современные автомобили, за редким исключением, оснащаются четырехтактными моторами. А двухтактные двигатели устанавливаются обычно на мотоциклах, мопедах, моторных лодках и т. п.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя внутреннего сгорания включает в себя следующие такты: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск.

Начинается рабочий цикл с первого такта — впуска горючей смеси в цилиндр двигателя. Отметим, что топливо сгорает в камере сгорания не в чистом виде, а в виде смеси его паров с воздухом. Для подготовки топливно-воздушной смеси предназначен специальный прибор, который называется карбюратор (но в современных машинах карбюраторы, как правило, не используются — там эти функции возложены на специальные электронные приборы).

Смесь попадает в цилиндр в результате открытия впускного клапана, на который оказывает необходимое воздействие соответствующий кулачок распределительного вала. Знайте, что в этот момент поршень непременно располагается в ВМТ и начинает движение вниз в направлении НМТ. Получается, что, двигаясь вниз, поршень засасывает в цилиндр горючую смесь через открывшийся впускной клапан. Этот процесс продолжается, пока поршень не достигнет НМТ: одновременно с этим впускной клапан герметично закрывается под воздействием соответствующих пружин.

 

Важно.

При заполнении цилиндра горючей смесью она смешивается с остатками находящихся там выхлопных газов (они удаляются из цилиндра не полностью). После этого смесь называется рабочей смесью.

Пока совершается первый такт работы двигателя, коленвал проворачивается на пол-оборота.

После того как поршень достиг НМТ, впускной клапан плотно закрылся, а цилиндр заполнился рабочей смесью, начинается второй такт. В течение второго такта поршень поднимается вверх — от НМТ к ВМТ, сильно сжимая при этом рабочую смесь. В соответствии с законами физики температура рабочей смеси при сжатии существенно повышается. В тот момент, когда поршень достигает ВМТ, температура этой смеси составляет порядка 300–400 градусов по Цельсию. Второй такт завершается в момент максимального сжатия рабочей смеси, т.  е. когда поршень достигает ВМТ. Пока совершается второй такт, коленвал проворачивается еще на пол-оборота. Получается, что за первые два такта работы двигателя коленвал делает один полный оборот.

Во время третьего такта работы двигателя тепловая энергия преобразуется в механическую. Когда поршень достигает ВМТ и рабочая смесь становится максимально сжатой, между электродами свечи зажигания проскакивает электрическая искра — и смесь воспламеняется. Сразу после этого она начинает активно расширяться и сильно давит на поршень, который находится в ВМТ. Другого выхода для энергии сгорания нет, так как оба клапана плотно закрыты. Под давлением поршень вынужден двигаться вниз, передавая свое движение через шатун на коленвал (а именно — на свой кривошип), заставляя его вращаться. Именно это вращение и заставляет в конечном итоге двигаться автомобиль. Коленвал за время совершения третьего такта проворачивается еще на пол-оборота.

Последний, четвертый такт рабочего цикла двигателя — выпуск отработанных (выхлопных) газов.

Он начинается в тот момент, когда после третьего такта поршень достигает НМТ и вновь начинает подниматься вверх. При этом под воздействием соответствующего кулачка распредвала открывается выпускной клапан, и двигающийся вверх поршень выдавливает отработанные газы из цилиндра. После этого выпускной клапан под воздействием пружин закрывается. Затем выхлопные газы через глушитель и выхлопную трубу выводятся в атмосферу.

Завершается четвертый такт, когда поршень достигает ВМТ и закрывается выпускной клапан. За время совершения этого такта коленвал проворачивается еще на пол-оборота. Соответственно, за четыре такта работы двигателя внутреннего сгорания (т. е. за один рабочий цикл) коленчатый вал делает два полных оборота. После этого вновь начинается первый такт и т. д.

Смазочные жидкости двигателя, топливная, выхлопная и электрические системы

Когда дело доходит до ежедневного использования автомобиля, первое, о чем вы заботитесь это наличие бензина в бензобаке. Каким образом этот бензин приводит в действие цилиндры? 

Топливная система двигателя выкачивает бензин из бензобака и смешивает его с воздухом таким образом, чтобы в цилиндр поступила правильная воздушно-бензиновая смесь. Топливо подается тремя распространенными способами: смесеобразованием, впрыском через топливный порт и прямым впрыском.

При смесеобразовании, прибор под названием карбюратор, добавляет бензин в воздух, как только воздух попадает в двигатель.

В инжекторном движке топливо впрыскивается индивидуально в каждый цилиндр либо через впускной клапан (впрыск через топливный порт), либо непосредственно в цилиндр (прямой впрыск).

Масло также играет важную роль в двигателе. Смазочная система гарантирует, что в каждую из движущихся частей двигателя поступает масло для плавной работы. Поршни и подшипники (которые позволяют свободно вращаться коленчатому и распределительному валу) – основные части, которые имеют повышенную потребность масла. В большинстве автомобилей, масло засасывается через масляный насос и маслосборника, проходит через фильтр, чтобы очиститься от песка, затем, под высоким давлением впрыскивается в подшипники и на стенки цилиндра. Далее масло стекает в маслосборник, и цикл повторяется снова.

Теперь вы знаете немного больше о тех вещах, которые поступают в двигатель вашего автомобиля. Но давайте поговорим и том, что выходит из него. Выхлопная система. Она крайне проста и состоит из выхлопной трубы и глушителя. Если бы не было глушителя, вы бы слышали звук всех тех мини-взрывов, которые происходят в двигателе. Глушитель гасит звук, а выхлопная труба выводит продукты сгорания из автомобиля.

Теперь поговорим об электрической системе автомобиля, которая тоже приводит его в действие. Электрическая система состоит из аккумулятора и генератора переменного тока. Генератор переменного тока подключен проводами к двигателю и вырабатывает электроэнергию, необходимую для подзарядки аккумулятора. В свою очередь, аккумулятор предоставляет электроэнергию всем системам автомобиля, которые в ней нуждаются.

Теперь вы знаете все о главных подсистемах двигателя. Давайте рассмотрим, каким способом вы можете увеличить мощность двигателя своего автомобиля.

 

Как увеличить производительность двигателя и улучшить его работу?

Используя всю вышеприведенную информацию, вы, должно быть, обратили внимание на то, что есть возможность заставить двигатель работать лучше. Производители автомобилей постоянно играют с этими системами с одной лишь целью: сделать двигатель более мощным и сократить расход топлива.

Увеличение объема двигателя. Чем больше объем двигателя, тем больше его мощность, т.к. за каждый оборот двигатель сжигает больше топлива. Увеличение объема двигателя происходит за счет увеличения либо самих цилиндров, либо их количества. В настоящее время 12 цилиндров – это предел.

Увеличение степени сжатия. До определенного момента, высшая степень сжатия производит больше энергии. Однако, чем больше вы сжимаете воздушно-топливную смесь, тем выше вероятность того, что она воспламенится раньше, чем свеча зажигания даст искру. Чем выше октановое число бензина, тем меньше вероятность преждевременного воспламенения. Именно поэтому высокопроизводительные автомобили нужно заправлять высокооктановым бензином, так как двигатели таких машин используют очень высокий коэффициент сжатия для получения большей мощности.

Большее наполнение цилиндра.  Если в цилиндр определенного размера можно втиснуть больше воздуха (и, следовательно, топлива), то вы сможете получить больше энергии от каждого цилиндра. Турбонаддувы и наддувы нагнетают давление воздуха и эффективно вталкивают его в цилиндр.

Охлаждение поступающего воздуха. Сжатие воздуха повышает его температуру. Тем не менее, хотелось бы иметь как можно более холодный воздух в цилиндре, т.к. чем выше температура воздуха, тем он расширяется при горении. Поэтому многие системы турбонаддува и наддува имеют интеркулер. Интеркулер – это радиатор, через который проходит сжатый воздух и охлаждается, прежде чем попасть в цилиндр.

Сделать меньшим вес деталей. Чем легче часть двигателя, тем лучше он работает. Каждый раз, когда поршень меняет направление, он тратит энергию на остановку. Чем легче поршень, тем меньше энергии он потребляет.

Впрыск топлива. Система впрыска топлива позволяет очень точное дозирование топлива, которое поступает в каждый цилиндр. Это повышает производительность двигателя и существенно экономит топливо.

Теперь вы знаете практически все о том, как работает двигатель автомобиля, а также причины основных неполадок и перебоев в машине.

Принцип работы электродвигателя. Простыми словами о сложном

Принцип работы электродвигателя основывается на эффекте обнаруженном Майклом Фарадеем еще в 1821 году. Он сделал открытие, что при взаимодействии электрического тока в проводнике и магнита, может возникнуть непрерывное вращение.

   Принцип работы электродвигателя постоянного тока

Если в однородном магнитном поле расположить в вертикальном положении  рамку и пропустить по ней ток, тогда вокруг проводника возникнет электромагнитное поле, которое будет взаимодействовать с полюсами магнитов. От одного рамка будет отталкиваться, а к другому притягиваться. В результате рамка повернется в горизонтальное положение, в котором будет нулевым воздействие магнитного поля на проводник. Для того что бы вращение продолжилось необходимо добавить еще одну рамку под углом или изменить направление тока в рамке в подходящий момент.  На рисунке выше это делается при помощи двух полуколец, к которым примыкают контактные пластины от батарейки. В результате после совершения полуоборота меняется полярность и вращение продолжается.

 

В современных электродвигателях вместо постоянных магнитов для создания магнитного поля используются катушки индуктивности или электромагниты. Если разобрать любой мотор, то Вы увидите намотанные витки проволоки, покрытой изоляционным лаком. Эти витки и есть электромагнит или как их еще называют обмотка возбуждения.

Простыми словами о сложном

На самом деле там векторное произведение, дифференциалы и т.п. но это детали, а у нас упрощённый случай. И так…

 

   Рис. 1 Основа работы электрического двигателя

Направление силы ампера определяется правилом левой руки.

 

   Рис. 2  Правило левой руки

Мысленно ставим левую ладонь на верхний рисунок и получаем направление сил Ампера. Она типа растягивают рамку с током в том положении как нарисовано на рис.1. И никуда вертеться тут ничего не будет, рамка в равновесии, устойчивом.

А если рамка с током повернута по-другому, то вот что будет:

   Рис. 3  Рамка

Здесь уже равновесия нет, сила Ампера разворачивает противоположные стенки так, что рамка начинает вращаться. Появляется механическое вращение. Это основа электрического двигателя, самая суть, дальше только детали.

Далее.

Теперь что будет делать рамка с током на рис. 3?. Если система идеальная, без трения, то очевидно будут колебания. Если трение присутствует, то колебания постепенно затухнут, рамка с током стабилизируется и станет как на рис.1.

Но нам нужно постоянное вращение и достичь его можно двумя принципиально разными способами и отсюда и возникает разница между двигателями постоянного и переменного трёхфазного тока.

Принцип работы электродвигателя постоянного тока

Способ 1. Смена направления тока в рамке.

Этот способ используется в двигателях постоянного тока и его потомках.

Наблюдаем за картинками. Пусть наш двигатель обесточен и рамка с током ориентирована как-то хаотично, вот так например:

   Рис. 4.1 Случайно расположенная рамка

На случайно расположенную рамку действует сила Ампера и она начинает вращаться.

 

   Рис. 4.2

В процессе движения рамка достигает угла 90°. Момент (момент пары сил или вращательный момент) максимальный.

   Рис. 4.3

И вот рамка достигает положения, когда момента вращения нет. И если сейчас не отключить ток, то сила Ампера будет уже тормозить рамку и в конце полуоборота рамка остановится и начнёт вращение в противоположном направлении. Но нам ведь этого не надо.

Поэтому мы на рис.3 делаем хитрый ход – меняем направление тока в рамке.

   Рис. 4.4

И вот после пересечения этого положения, рамка с поменянным направлением тока уже не тормозится, а снова разгоняется.

   Рис. 4.5

А когда рамка подходит к следующему положению равновесия, мы меняем ток ещё раз.

   Рис. 4.6

И рамка опять продолжает ускоряться куда нам надо.

Вот так и получается постоянное вращение. Красиво? Красиво. Нужно только менять направление тока два раза за оборот и всего делов.

А делает это, т.е. обеспечивает смену тока специальный узел – щёточно-коллекторный узел. Принципиально он устроен так:

   Рис. 5

Рисунок понятен и без пояснений. Рамка трётся то об один контакт, то об другой и так вот ток и меняется.

Очень важная особенность щёточно-коллекторного узла – его малый ресурс. Из-за трения. Например, вот движок ДПР-52-Н1 – минимальная наработка 1000 часов. В то же время срок службы современных бесколлекторных двигателей более 10000 часов, а двигателей переменного тока (там тоже нет ЩКУ) более 40000 часов.

Принцип работы электродвигателя переменного тока

Способ 2. Вращается магнитный поток, т.е. магнитное поле.

Вращающееся магнитное поле получают с помощью переменного трёхфазного тока. Вот есть статор.

   Рис. 6  Статор электродвигателя

А есть значит 3 фазы переменного тока.

   Рис. 7

Между ними как видно на Рис. 7 120 градусов, электрических градусов.

Эти три фазы укладывают в статор специальным образом, чтобы они геометрически были повернуты друг к дружке на 120°.

 

   Рис. 8

И тогда при подаче трёхфазного питания получается само собой за счёт складывания магнитных потоков от трёх обмоток вращающееся магнитное поле.

   Рис. 9  Вращающееся магнитное поле

Далее вращающееся магнитное поле влияет силой Ампера на нашу рамку и она вращается.

Но здесь есть тоже различия, два разных способа.

Способ 2а. Рамка запитывается (синхронный двигатель).

Подаём значит на рамку напряжение (постоянное), рамка выставляется по магнитному полю. Помните рис.1 из самого начала? Вот так рамка и становится.

   Рис. 10  (Рис.1)

Но поле магнитное у нас тут вращается, а не просто так висит. Рамка чего будет делать? Тоже будет вращаться, следуя за магнитным полем.

Они (рамка и поле) вращаются с одинаковой частотой, или синхронно, поэтому такие двигатели называются синхронными двигателями.

Способ 2б. Рамка не запитывается (асинхронный двигатель).

Фишка в том, что рамка не запитывается, совсем не запитывается. Просто проволока такая замкнутая.

Когда мы начинаем вращать магнитное поле, по законам электромагнетизма в рамке наводится ток. От этого тока и магнитного поля получается сила Ампера. Но сила Ампера будет возникать только если рамка движется относительно магнитного поля (известная история с опытами Ампера и его походами в соседнюю комнату).

Так что рамка всегда будет отставать от магнитного поля. А то, если она его вдруг почему-то догонит, то пропадёт наводка от поля, пропадёт ток, пропадёт сила Ампера и всё вообще пропадёт. То есть, в асинхронном двигателе рамка всегда отстаёт от поля и частота у них значит разная, то есть вращаются они асинхронно, поэтому и двигатель называется асинхронным.

 

Смотрите также по этой теме:

   Как работает электродвигатель. Преимущества и недостатки разных видов.

   Асинхронный двигатель. Устройство и принцип работы.

 

Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!

[wysija_form id=»1″]

Режимы работы электродвигателей и их характеристики

Режимы работы электродвигателей – это определенный порядок чередования периодов, который характеризуется:

• продолжительностью и величиной нагрузки;
• условиями охлаждения;
• частотой пуска и отключений;
• частотой реверса;
• соотношениями потерь в периоды установившегося движения и пуска.

Так как существует множество режимов, выпуск двигателей для каждого из них нецелесообразен, поэтому серийные двигатели проектируются согласно ГОСТ для работы в восьми номинальных режимах. Номинальные данные содержатся в паспорте электродвигателя. Оптимальное функционирование агрегата гарантируется при его эксплуатации при номинальной нагрузке и в номинальном режиме.

Основные режимы работы электродвигателей

Существуют три основных (продолжительный, кратковременный, повторно-кратковременный) и пять дополнительных режимов работы, условно маркированных согласно международной классификации S1-S8. Отечественные электромашиностроительные заводы в обязательном порядке включают номинальные данные на основные режимы в каталоги и паспорт агрегата.

Продолжительный режим (S1) предусматривает длительный и беспрерывный рабочий период, во время которого двигатель нагревается до установившейся температуры. Он может «подразделяться» на два вида:

• Режим с постоянной нагрузкой (без изменения температуры в период работы). В нем функционируют двигатели конвейеров, электроприводы вентиляторов и насосов.
• Режим с изменяющейся нагрузкой (температура поднимается или падает с изменением нагрузки). Он используется при работе металлорежущих, деревообрабатывающих и прокатных станков.

Кратковременный режим работы электродвигателя (S2) характеризуется непродолжительным рабочим периодом (по стандартам 10, 30, 60, 90 минут) без нагрева двигателя до установившейся температуры с последующим его охлаждением во время паузы до температуры окружающей среды. В этом режиме действуют электроприводы запорных устройств (вентилей, шлюзов, заслонок и т.д.). В паспорте двигателя указывается продолжительность рабочего периода (например, S2 – 60 мин.).

Повторно-кратковременный режим работы электродвигателя (S3) – режим, при котором в течение рабочего периода нагрев двигателя не достигает установившейся температуры, а во время паузы не происходит охлаждения до температуры окружающей среды. Он характеризуется непрерывным чередованием периодов работы под нагрузкой и вхолостую. Так функционируют электроприводы подъемных кранов, экскаваторов и лифтов, то есть устройств, действующих циклично.

Дополнительные режимы работы электродвигателей

Дополнительные режимы обозначены маркерами S4-S8. Они введены для более удобного эквивалентирования произвольных режимов и расширения номенклатуры номинальных режимов.

S4 – повторно-кратковременный режим с влиянием пусковых процессов. Каждый цикл работы включает в себя:

• длительный период пуска, в течение которого пусковые потери оказывают влияние на температуру узлов агрегата;
• период функционирования при постоянной нагрузке без нагрева до устоявшейся температуры;
• паузу, во время которой не предусмотрено охлаждение двигателя до температуры окружающей среды.

S5 – повторно-кратковременный режим с электрическим торможением. В цикл работы входят:

• долгое время пуска;
• время работы при постоянной нагрузке без нагрева до устоявшейся температуры;
• период быстрого электрического торможения;
• период работы вхолостую без охлаждения до температуры окружающей среды.

S6 – перемежающийся режим работы. Цикл работы состоит из:

• периода функционирования с постоянной нагрузкой;
• паузы.

В течение обоих периодов температура двигателя не достигает установившегося значения.

S7 – перемежающийся режим с электрическим торможением и влиянием пусковых процессов. В каждый цикл включены:

• длительный период пуска;
• время действия машины с постоянной нагрузкой;
• быстрое электрическое торможение.

Паузы данным режимом не предусмотрены.

S8 – перемежающийся режим с разными частотами вращения (2 или более). В цикл входят периоды:

• работы с неизменной частотой вращения и постоянной нагрузкой;
• работы при других неизменных нагрузках, причем каждой из них соответствует определенная частота вращения.

Как и предыдущий, этот режим не содержит пауз.

Если вы знаете характеристики работы электродвигателей, вам не составит труда выбрать агрегат, оптимально подходящий для ваших целей. Указанная в каталогах мощность двигателя предусматривает его эксплуатацию в нормальных условиях в режиме S1 (если это не двигатель с повышенным скольжением). Превышение мощности при режиме S2 допустимо не более чем на 50% в течение 10 минут, 25% в течение 30 минут и 10% в течение 90 минут.

Полезная работа — двигатель — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Полезная работа — двигатель

Cтраница 1

Полезная работа двигателя при ходе вверх расходуется на подъем жидкости.  [1]

Сгорание является важнейшим процессом, обусловливающим полезную работу двигателя, так как при этом происходит превращение химической энергии топлива в тепловую и далее в механическую.  [2]

Отношение той части энергии, которая пошла на совершение полезной работы двигателя, ко всей энергии, выделившейся при сгорании топлива, называют коэффициентом полезного действия теплового двигателя.  [3]

Работа, произведенная в течение цикла, а следовательно и полезная работа двигателя с одним единственным источником тепла, будет отрицательна или в крайнем случае равна нулю.  [4]

При сгорании топлива в цилиндрах лишь незначительная часть тепла превращается в полезную работу двигателя ( 20 — 35 %), большая же часть его уходит на различные потери. Значительную часть тепла уносят отработавшие газы, остальное тепло передается стенкам цилиндров и камер сгорания. Для того чтобы избежать их перегрева, это тепло необходимо отвести и передать окружающему воздуху. Для отвода тепла у двигателей грузовых автомобилей и автобусов применяется жидкостная система охлаждения.  [5]

При прочих равных условиях с изменением теплового заряда в циклах двигателей внутреннего сгорания и газовых турбин будет меняться эффективный КПД в связи с тем, что работа холостого хода двигателя будет составлять различную долю от полезной работы двигателя.  [7]

Площадь верхней петли индикаторной диаграммы положительна, поскольку составляющие ее процессы направлены по часовой стрелке. Она представляет собой полезную работу двигателя за один цикл, называемую индикаторной работой.  [8]

Работа на этом последнем участке кругового процесса совершается за счет некоторой доли положительной работы, полученной на первом участке. Lcm составляет положительную полезную работу двигателя за один цикл, передаваемую при помощи специального механизма внешнему объекту работы.  [9]

Мощность, которая расходуется на это, называют реактивной, а мощность, идущую на полезную работу двигателей и других приемников электроэнергии — активной.  [10]

В цилиндры двигателя внутреннего сгорания вводят топливо и необходимый для его сгорания воздух. При сгорании топлива значительно нагреваются газы ( продукты сгорания), образовавшиеся в цилиндре. Газы, расширяясь при нагревании, давят на поршень, который через шатун приводит во вращение коленчатый вал двигателя. Полезная работа двигателя расходуется на привод рабочих органов той машины, на которой установлен двигатель.  

Проектная работа «Электродвигатель»

Оглавление  

В 21-ом веке электродвигатели имеют особое место в нашей жизни. Оглянитесь вокруг – они получил практически повсеместное распространение. Сегодня они используются не только во всех отраслях промышленности, но и в транспорте, предметах и устройствах, окружающих нас в повседневной жизни, на работе, в школе и дома. Фены, вентиляторы, швейные машины, строительные инструменты, компьютеры – вот далеко не полный перечень устройств, где используются электродвигатели. И мне стало интересно, как они устроены и получится ли у меня самостоятельно собрать свою модель электродвигателя.

И я решил познакомиться с историей и устройством электродвигателя, самостоятельно изготовить его модель.

Для достижения цели своей работы мне необходимо решить следующие задачи:

Познакомиться с историей развития электродвигателя;

Выяснить принципы работы электродвигателя;

Изучить область применения электродвигателей;

Изготовить модель электродвигателя.

 

История

Величайшим техническим достижением конца XIX века стало изобретение промышленного электродвигателя. Этот компактный, экономичный, удобный мотор вскоре сделался одним из важнейших элементов производства, вытеснив другие виды двигателей отовсюду, куда только можно было доставить электрический ток. Электрические двигатели появились еще во второй четверти XIX столетия, но прошло несколько десятилетий, прежде чем создались благоприятные условия для их повсеместного внедрения в производство. История электродвигателя — сложная и длинная цепь открытий, находок, изобретений.

Начальный период развития электродвигателя (1821 — 1834 гг.). Он тесно связан с созданием физических приборов для демонстрации непрерывного преобразования электрической энергии в механическую. В 1821 г. М. Фарадей, исследуя взаимодействие проводников с током и магнитом, показал, что электрический ток вызывает вращение проводника вокруг магнита, или вращение магнита вокруг проводника. Опыт Фарадея стал толчком для большинства ученых, изобретатели электродвигателя получили лучик надежды.

Первые электродвигатели напоминали по устройству паровые машины: двигатель Дж. Генри (1832 г.) и двигатель У. Пейджа (1864 г.) имели коромысла, кривошип, шатун, а также золотники (переключатели тока в соленоидах, заменявших собой цилиндр).

Электродвигатель Пэйджа

П. Барлоу предложил «колесо Барлоу». Оно состояло из постоянного магнита и зубчатых колес, скользящий контакт осуществлялся с помощью ртути, а питалось колесо от гальванического элемента.

«Колесо Барлоу»

Второй этап развития электродвигателей (1834 – 1860 гг.) характеризуется конструкциями с вращательным движением явнополюсного якоря. Однако вращательный момент на валу у таких двигателей обычно был резко пульсирующим.

В 1834 г. Б.С. Якоби создал первый в мире электрический двигатель постоянного тока, в котором реализовал принцип непосредственного вращения подвижной части двигателя. Этот двигатель имел две группы П-образных электромагнитов, из которых одна группа (4 электромагнита) располагались на неподвижной раме, а другая аналогичная – на вращающемся диске. В качестве источника питания электромагнитов применялась батарея гальванических элементов. Для изменения полярности электромагнитов использовался простейший коммутатор. Обмотки всех электромагнитов неподвижной рамы были соединены последовательно, и ток в них имел одно и тоже направление. Обмотки электромагнитов вращающегося диска были также соединены последовательно, но направление тока в них с помощью коммутатора изменялось 8 раз за один оборот вала, следовательно, изменялась их полярность, и они поочередно притягивались и отталкивались электромагнитами неподвижной рамы.

Такой двигатель получил название явнополюсного электродвигателя Якоби и был вполне работоспособным. В 1838 г. этот двигатель (0,5 кВт) был испытан на Неве для приведения в движение лодки с пассажирами, т. е. получил первое практическое применение.

Электродвигатель Б.С. Якоби

Испытания различных конструкций электродвигателей привели Б.С. Якоби и других исследователей к следующим выводам:

– применение электродвигателей находится в прямой зависимости от удешевления электрической энергии, т. е. от создания генератора, более экономичного, чем гальванические элементы;

– электродвигатели должны иметь по возможности малые габариты и по возможности большую мощность и больший коэффициент полезного действия.

Третий этап в развитии электродвигателей (1860 – 1887 гг.) связан с разработкой конструкций с кольцевым неявнополюсным якорем и практически постоянным вращающим моментом.

На этом этапе нужно отметить электродвигатель итальянца А. Пачинотти (1860 г.). Его двигатель состоял из якоря кольцеобразной формы, вращающегося в магнитном поле электромагнитов. Подвод тока осуществлялся роликами. Обмотка электромагнитов включалась последовательно с обмоткой якоря (т.е. электромашина имела последовательное возбуждение). Габариты двигателя были невелики, он имел практически постоянный вращающий момент. В двигателе Пачинотти явнополюсный якорь был заменен неявнополюсным.

Электродвигатель А. Пачинотти

Барабанный якорь, в котором рабочим является проводник, составляющий виток, был изобретен лишь в 1872 г. В. Сименсом. Еще через 10 лет в железе якоря появились пазы для обмотки (1882 г.). Барабанный якорь машины постоянного тока стал таким, каким мы его можем видеть в настоящее время. Третий этап развития электродвигателей характеризуется открытием и промышленным использованием принципа самовозбуждения, в связи, с чем был окончательно осознан и сформулирован принцип обратимости электрической машины. Питание электродвигателей стало производиться от более дешевого источника электрической энергии – электромагнитного генератора постоянного тока. В 1886 г. электродвигатель постоянного тока приобрел основные черты современной конструкции. В дальнейшем он все более и более совершенствовался. Таким образом, общими усилиями множества ученых разных стран, на протяжении более полувека создавалась конструкция, которую можно назвать электродвигателем.

 

Устройство и принцип работы

Подавляющее большинство электрических машин работает по принципу магнитного отталкивания и притяжения. Если между северным и южным полюсами магнита поместить проволоку и пропустить по ней ток, то её вытолкнет наружу. Как это возможно? Дело в том, что проходя по проводнику, ток формирует вокруг себя круговое магнитное поле по всей длине провода.

При взаимодействии кругового поля проводника и однородного поля магнита, между полюсами магнитное поле с одной стороны ослабевает, а с другой усиливается. То есть среда становится упругой и результирующая сила выталкивает провод из поля магнита под углом 90 градусов в направлении, определяемом по правилу левой руки. Эта сила называется «амперовой».

Это явление использовали как основной принцип работы первых электродвигателей, этот же принцип используют и поныне. В двигателях постоянного тока малой мощности для создания постоянного магнитного поля применяются постоянные магниты. В электромоторах средней и большой мощности однородное магнитное поле создают с помощью обмотки возбуждения или индуктора.

Конструктивно все электрические двигатели постоянного тока состоят из статора и ротора (якоря), разделенных воздушным зазором.

Статор электродвигателя постоянного тока служит для создания неподвижного магнитного поля машины и состоит из станины, главных и добавочных полюсов. Станина служит для крепления основных и добавочных полюсов и является элементом магнитной цепи машины. На главных полюсах расположены обмотки возбуждения, предназначенные для создания магнитного поля машины, на добавочных полюсах — специальная обмотка, служащая для улучшения условий коммутации.

Якорь электродвигателя постоянного тока состоит из магнитной системы, собранной из отдельных листов, рабочей обмотки, уложенной в пазы, и коллектора служащего для подвода к рабочей обмотке постоянного тока.

Коллектор представляет собой цилиндр, насаженный на вал двигателя и избранный из изолированных друг от друга медных пластин. На коллекторе имеются выступы-петушки, к которым припаяны концы секций обмотки якоря. Съем тока с коллектора осуществляется с помощью щеток, обеспечивающих скользящий контакт с коллектором. Щетки закреплены в щеткодержателях, которые удерживают их в определенном положении и обеспечивают необходимое нажатие щетки на поверхность коллектора. Щетки и щеткодержатели закреплены на траверсе, связанной с корпусом электродвигателя.

Итак, современный двигатель постоянного тока вместо одной рамки имеет якорь с множеством проводников, уложенных в пазы, а вместо постоянного подковообразного магнита имеет статор с обмоткой возбуждения с двумя и более полюсами. На рисунке показан двухполюсный электромотор в разрезе.

Принцип его работы следующий. Если по проводам верхней части якоря пропустить ток движущийся «от нас» (отмечено крестиком), а в нижней части — «на нас» (отмечено точкой), то согласно правилу левой руки верхние проводники будут выталкиваться из магнитного поля статора влево, а проводники нижней половины якоря по тому же принципу будут выталкиваться вправо. Поскольку медный провод уложен в пазах якоря, то, вся сила воздействия будет передаваться и на него, и он будет проворачиваться. Дальше видно, что когда проводник с направлением тока «от нас» провернётся вниз и станет против южного полюса создаваемого статором, то он будет выдавливаться в левую сторону, и произойдёт торможение. Чтобы этого не случилось нужно поменять направление тока в проводе на противоположное, как только будет пересечена нейтральная линия. Это делается с помощью коллектора – специального переключателя, коммутирующего обмотку якоря с общей схемой электродвигателя.

Таким образом, электрическая энергия, которая подается на статор, превращается в механическую энергию ротора. К вращающемуся валу можно подключать различные механизмы, выполняющие полезную работу.

 

Характеристики электродвигателя

На данный момент электродвигатели имеют следующие характеристики. Максимальная мощность измеряется в Ваттах. Этот параметр зависит от конструкции, материала изготовления, и технологии создания. Несколько двигателей имеющие одинаковую массу и размер могут иметь различную мощность исключительно из-за технологии производства. Как правило, именно этот параметр задает ценовую категорию для двигателя. Далее рассматривают номинальное напряжение и ток, а так же сопротивление обмотки, эти параметры неизменно влияют друг на друга. При более низком сопротивлении, возрастает максимальное значение силы тока. Третьей характеристикой являются номинальные обороты в минуту. Конструкция современного двигателя направлена на получение более высоких оборотов, или же наивысшего момента на валу. Следовательно, двигатель с большим диаметром имеет увеличенный высокий момент и уменьшенные обороты.

 

Виды электродвигателей

По роду тока электродвигатели стали делиться на машины переменного и постоянного тока; по принципу действия машины переменного тока делятся на синхронные и асинхронные.

Асинхронные двигатели отличаются простотой конструкции, малой стоимостью, надежностью в работе. Они являются самым распространенным видом двигателей.

Асинхронный двигатель.

Устройство асинхронного двигателя

На статоре асинхронного двигателя закреплены обмотки, создающие переменное вращающееся магнитное поле, концы которой выводятся на клеммную коробку. Поскольку при работе двигатель нагревается, на его валу устанавливается вентилятор системы охлаждения.

Ротор асинхронного двигателя выполнен с валом как одно целое. Он представляет собой металлические стержни, замкнутые между собой с двух сторон, из-за чего такой ротор еще именуется короткозамкнутым.

Магнитное поле вращается за счет постоянной смены полюсов. При этом соответственно меняется направление тока в обмотках. Скорость вращения вала асинхронного двигателя зависит от числа полюсов магнитного поля.

 

Синхронный двигатель.

Устройство синхронного двигателя

Устройство синхронного электродвигателя немного отличается. Как понятно из названия, в этом двигателе ротор вращается с одной скоростью с магнитным полем. Он состоит из корпуса с закрепленными на нем обмотками и ротора или якоря, снабженного такими же обмотками. Концы обмоток выводятся и закрепляются на коллекторе. На коллектор или токосъемное кольцо подается напряжение посредством графитовых щеток. При этом концы обмоток размещены таким образом, что одновременно напряжение может подаваться только на одну пару.

В отличие от асинхронных на ротор синхронных двигателей напряжение подается щетками, заряжая его обмотки, а не индуцируется переменным магнитным полем. Направление тока в обмотках ротора меняется параллельно с изменением направления магнитного поля, поэтому выходной вал всегда вращается в одну сторону. Синхронные электродвигатели позволяют регулировать скорость вращения вала путем изменения значения напряжения. На практике для этого обычно используются реостаты.

Первый асинхронный двигатель, в основе работы которого заложено вращающееся магнитное поле, появился в 1870 году. Авторами эффекта вращающегося магнитного поля независимо друг от друга стали два ученых: Г.Феррарис и Н. Тесла. Последнему принадлежит также идея создания бесколлекторного электродвигателя. По его чертежам были построены несколько электростанций с применением двухфазных двигателей переменного тока. Следующей более удачной разработкой оказался трехфазный двигатель, предложенный М.О. Доливо-Добровольским. Его первая действующая модель была запущена в 1888 году, после чего последовал ряд более совершенных двигателей.

 

Особенности электродвигателя, его достоинства и недостатки

На сегодня электродвигатели являются одними из самых распространенных видов силовых установок, и тому есть немало причин. У них высокий КПД порядка 90%, а иногда и выше, довольно низкая себестоимость и простая конструкция, они не выделяют вредных веществ в процессе эксплуатации, дают возможность плавно менять скорость во время работы без использования дополнительных механизмов типа коробки передач, надежны и долговечны.

Среди недостатков всех типов электромоторов — отсутствие высокоемкостного аккумулятора электроэнергии для автономной работы.

На сегодняшний день двигатели постоянного тока мало используются на производстве. Из недостатков этого типа электрических машин можно отметить быстрый износ щёточно-коллекторного узла. Преимущества – хорошие характеристики запуска, лёгкая регулировка частоты и направления вращения, простота устройства и управления. Электродвигатель переменного тока менее мощный, у него сложно регулировать скорость в широком диапазоне, он имеет меньший КПД.

Если же сравнивать асинхронный и синхронный электродвигатель переменного тока, то первый имеет более простую конструкцию и лишен «слабого звена» — графитовых щеток. Именно они обычно первыми выходят из строя при поломке синхронных двигателей. Вместе с тем, у него сложно получить и регулировать постоянную скорость, которая зависит от нагрузки. Синхронные двигатели позволяют регулировать скорость вращения с помощью реостатов.

 

Модель электродвигателя

Во всяком моторе есть две части: неподвижная — статор и подвижная — ротор. Ротором будет ось с полосками и прерывателем тока.

Для оси подберем вязальную спицу (размеры на чертеже). Полоски ротора (3 шт.) вырежем из жести (размеры на чертеже). В центре каждой полоски сделаем отверстие по толщине оси. Собираем их все на оси и оборачиваем изолентой. Прерыватель состоит из двух частей: небольшая рамка из жести на оси и полоска жести, укрепленной на фанере.

Из фанеры выпиливаем основание мотора (размеры на чертеже). Вырезаем полоску из жести, которая является основанием для оси с полосками (якоря) (размеры на чертеже), устраиваем ее в виде буквы П. Для статора берем два шурупа длиной по 4 см и вворачиваем в фанеру. Сделаем опору из полосок жести (3 шт.) (размеры на чертеже), которая выполняет две функции: магнитопровод, для соединения болтов, и нижняя опора для якоря. Переходим к изготовлению самой трудной части мотора — электромагниту. Для основания электромагнита нужно сделать две катушки, на которые было бы удобно наматывать проволоку. Я обратился за помощью к учителю технологии Звереву Владимиру Михайловичу, и мы на токарном по дереву станке изготовили две катушки. Наматываем медную лакированную проволоку на катушки примерно 300 витков. Катушки с проволокой помещаем на болты в основании и закрепляем.

Ставим все части электродвигателя на места. Регулируем полоски ротора на оси, все надежно закрепляем. Начинаем испытания. Наш электродвигатель получился слабым, так как заводится с ручного стартера, а остальное время якорь двигается по инерции. Это объясняется тем, что ток протекает по обмоткам не все время: ротор лишь четверть оборота включен, четверть оборота выключен , потом опять четверть оборота, чтобы включить, четверть оборота , чтобы выключить. Наш электродвигатель имеет небольшую мощность, но самое главное он работает.

 

Опора

Ось

Основание

 

Пластина якоря

Скоба

 

Применение

Без электроники сегодня никуда. С каждым днем количество приборов, работающих от электричества, всё возрастает. Электродвигатели получили широкое применение не только во многих отраслях промышленности, но и в предметах и устройствах, окружающих нас каждый день, так как простота их конструкции, надежность, долговечность и высокий показатель КПД делает их практически универсальными. Фены, вентиляторы, насосы, некоторые виды транспорта — вот лишь некоторый перечень устройств, работающих не без помощи электродвигателей. Относительной простотой конструкции и надежностью в эксплуатации отличаются именно асинхронные электродвигатели. Они хорошо используются в приводах деревообрабатывающих, металлообрабатывающих и других видов станков, кузнечнопрессовых, грузоподъемных, ткацких, швейных, землеройных машин, вентиляторов, насосов, компрессоров, в ручном электроинструменте, в центрифуге, в лифтах, в бытовых приборах и т.д. однако имеют ограниченный диапазон частоты вращения и низкий коэффициент мощности при малых оборотах.

Крановые электродвигатели применяются в жилищном и капитальном строительстве, в горнодобывающей и металлургической промышленности, энергетике, на транспорте. Одним из видов транспорта, где используются электродвигатели, является метро.

Со временем мощность электродвигателей выросла от пятидесяти ватт до двухсот киловатт. Притом новые модели электродвигателей имеют сравнительно небольшие габариты: они выглядят, примерно, как швейная машинка. Более того, новые электродвигатели могут разгоняться до десятков тысяч оборотов в минуту за считанные секунды. Согласитесь, время не стоит на месте, техника совершенствуется и имеет уже более широкие возможности.

 

Заключение

Жизнь современного человека немыслима без использования электродвигателей. Их можно найти в автомобиле и в пылесосе, электромясорубке, кухонном комбайне, кофемолке, в сложнейших станках и в обычных детских игрушках. Они есть практически везде, хотя и отличаются между собой типом, строением и рабочими характеристиками. Трудно представить, что каких-то 150 лет назад человечество даже не знало о возможности существования электродвигателя.

Задачи, поставленные мною в начале работы, были решены, цель достигнута.

Познакомился с историей электродвигателей, узнал, что, как выглядели первые двигатели, как они работали и какие ученые работали над созданием электромагнитных двигателей.

Изучил область применения электродвигателей, и узнал, что они получили широкую область применения.

Изготовил модель электродвигателя.

Проведя большую работу по изучению литературы о создании первых электродвигателей, о физических принципах их работы, о внедрении их сегодня во все отрасли жизни, я могу с уверенностью сказать, что электродвигатель является одним из величайших изобретений человека.

Процесс сбора и изучения информации, а так же изготовление модели мне были очень интересны, результатом проделанной работы доволен. Я, что мою работу можно использовать в 8 и 9 классе при изучении электромагнитных явлений.

 

Список литературы

https://www.youtube.com/watch ?v=NTom7GHt5BY

Самодельные электрические и паровые двигатели. А. Абрамов, П. Хлебников, Государственное издательство Детской литературы Министерства Просвещения РСФСР.

http://energo- vesta.com.ua/statiya/46-istoriya.html

Разбираемся в принципах работы электродвигателей: преимущества и недостатки разных видов

Устройство электродвигателя и принцип работы

http://electricalschool.info/main/osnovy/1603-principy-dejjstvija-i-ustrojjstvo.html

 

 

Администрация Шарангского муниципального района Нижегородской области

МБОУ Кушнурская СШ

 

Научно-практическая конференция

«Планета открытий»

Секция: физика

Номинация «Применение законов физики в природе, быту»

Исследовательская работа

Электродвигатель

 

Автор работы: ученик 8 класса

МБОУ Кушнурской СШ

Суслов Михаил,14 лет.

Руководитель: Краснов Владимир Владимирович,

учитель физики МБОУ Кушнурской СШ

 

2017

Автомобиль на дровах: как он работает?

 Это похоже на анекдот. Но тем, кто работал на лесоповале в тайге в 30-х, было не до смеха. Нет бензина — ехали на дровах. Да и по сей день эта технология до сих пор используется. Как устроены такие авто? Разбираем в деталях.

Оговоримся сразу: если автомобиль ездит на дровах, это не значит, что он — паровоз без рельсов. Низкий КПД паровой машины с ее отдельной топкой, котлом и цилиндрами двойного-тройного расширения оставил паровые автомобили в числе забытой экзотики. А сегодня мы поговорим о «дровяном» транспорте с привычными нам ДВС, моторами, сжигающими топливо внутри себя.

Разумеется, затолкать дрова (или нечто подобное) в карбюратор вместо бензина пока еще никому не удавалось, а вот идея прямо на борту авто получать из древесины горючий газ и подавать его в цилиндры как топливо прижилась на долгие годы. Речь идет о газогенераторных автомобилях, машинах, чей классический ДВС работает на генераторном газе, который получают из древесины, органических брикетов, или угля. От привычного жидкого топлива, кстати, такие машины тоже не отказываются — они способны работать и на бензине.

Автомобиль с газогенераторной установкой. Фото wikipedia.org

---

Святая простота

Генераторный газ — это смесь газов, состоящая в основном из окиси углерода СО и водорода Н2. Получить такой газ можно, сжигая размещенную толстым слоем древесину в условиях ограниченного количества воздуха. На этом несложном принципе работает и автомобильный газогенератор, простой по сути агрегат, но громоздкий и конструктивно осложненный дополнительными системами.

Также, помимо собственно производства генераторного газа, автомобильная газогенераторная установка охлаждает его, очищает и смешивает с воздухом. Соответственно, конструктивно классическая установка включает в себя сам газогенератор, фильтры грубой и тонкой очистки, охладители, электровентилятор для ускорения процесса розжига и трубопроводы.

---

---

НПЗ вожу с собой

Простейший газогенератор имеет вид вертикального цилиндра, в который почти доверху загружается топливо — дрова, уголь, торф, прессованные пеллеты и т.п. Зона горения расположена внизу, именно здесь, в нижнем слое горящего топлива создается высокая температура (до 1 500 градусов по Цельсию), необходимая для выделения из более верхних слоев будущих компонентов топливной смеси — окиси углерода СО и водорода Н2. Далее горячая смесь этих газов поступает в охладитель, который снижает температуру, повышая таким образом удельную калорийность газа. Этот довольно крупный узел обычно приходилось помещать под кузовом машины. Расположенный следом по ходу газа фильтр-очиститель избавляет будущую топливную смесь от примесей и золы. Далее газ направляется в смеситель, где соединяется с воздухом, и окончательно приготовленная смесь направляется в камеру сгорания двигателя автомобиля.

---

Схема автомобиля ЗИС-21 с газогенератором

---

Как видите, система производства топлива прямо на борту грузовика или легковушки занимала довольно много места и немало весила. Но игра стоила свеч. Благодаря собственному — и к тому же дармовому — топливу свой автономный транспорт могли себе позволить предприятия, расположенные за сотни и тысячи километров от баз снабжения ГСМ. Это достоинство долго не могло затмить все недостатки газогенераторных автомобилей, а их было немало:

— существенное сокращение пробега на одной заправке;
— снижение грузоподъемности автомобиля на 150-400 кг;
— уменьшение полезного объема кузова;
— хлопотный процесс «дозаправки» газового генератора;
— дополнительный комплекс регламентных сервисных работ;
— запуск генератора занимает от 10-15 минут;
— существенное снижение мощности двигателя.

---

ЗиС 150УМ, опытная модель с газогенераторной установкой НАМИ 015УМ

---

В тайге заправок нет

Древесина всегда являлась основным топливом для газогенераторных автомобилей. В первую очередь, конечно, там, где дров в избытке, — на лесозаготовках, в мебельном и строительном производстве. Традиционные технологии лесопереработки при промышленном использовании древесины в эпоху расцвета «газгенов» около 30% от массы леса отпускали в отходы. Их и использовали как автомобильное топливо. Интересно, что правилами эксплуатации отечественных «газгенов» строжайше запрещалось использование деловой древесины, так как и отходов лесной промышленности было с избытком. Для газогенераторов годились как мягкие, так и твердые породы дерева.

Единственное требование — отсутствие на чурках гнили. Как показали многочисленные исследования, проведенные в 30-е годы в Научном автотракторном институте СССР, лучше всего в качестве топлива подходят дуб, бук, ясень и береза. Чурки, которыми заправлялись котлы газогенераторов, чаще всего имели прямоугольную форму со стороной 5-6 сантиметров. Сельскохозяйственные отходы (солома, лузга, опилки, кора, шишки и пр.) прессовали в специальные брикеты и также «заправляли» ими газогенераторы.

---

---

Главным недостатком «газгенов», как мы уже говорили, можно считать малый пробег на одной заправке. Так, одной загрузки древесными чурками советским грузовикам (см. ниже) хватало не более чем на 80-85 км пробега. Учитывая, что «заправляться» руководство по эксплуатации рекомендует при опустошении бака на 50-60%, то и вовсе пробег между заправками сокращается до 40-50 км. Во-вторых, сама установка, вырабатывающая генераторный газ, весит несколько сотен килограммов. К тому же двигатели, работающие на таком газе, выдают на 30-35% меньше мощности, чем их бензиновые аналоги.

Доработка автомобилей под дрова

Для работы на генератором газе автомобили приходилось приспосабливать, но изменения не были серьезными и порой были доступны даже вне заводских условий. Во-первых, в моторах повышали степень сжатия, чтобы не так существенна была потеря мощности. В некоторых случаях для улучшения наполнения цилиндров двигателя применялся даже турбонаддув. На многие «газифицированные» авто устанавливался генератор электрооборудования с повышенной отдачей, поскольку для вдувания воздуха в топку использовался достаточно мощный электровентилятор.

---

ЗИС-13

---

Для сохранения тяговых характеристик, в особенности это касалось грузовиков, при снизившейся мощности двигателя передаточные числа трансмиссии делали более высокими. Скорость движения падала, но для автомобилей, использующихся в лесной глуши и прочих пустынных и отдаленных районах это не имело решающего значения. Чтобы компенсировать изменившуюся из-за тяжелого газогенератора развесовку, в некоторых машинах усиливали подвеску.

Помимо того, из-за громоздкости «газового» оборудования отчасти приходилось перекомпоновывать автомобиль: менять, сдвигать грузовую платформу или урезать кабину грузовика, отказываться от багажника, переносить выхлопную систему.

Золотая эра «газгена» в СССР и за границей

Эра расцвета газогенераторных автомобилей пришлась на 30-40-е года прошлого века. Одновременно в нескольких странах с большими потребностями в автомобилях и малыми разведанными запасами нефти (СССР, Германия, Швеция) инженеры крупных предприятий и научных институтов взялись за разработку автотранспорта на дровах. Советские специалисты больше преуспели в создании грузовых автомобилей.

---

ГАЗ-42

---

С 1935 года и до самого начала Великой Отечественной войны на разных предприятиях Министерства лесной промышленности и ГУЛАГа (Главное Управление ЛАГерей, увы, реалии той поры) «полуторки» ГАЗ-АА и «трехтонки» ЗИС-5, а также автобусы на их базе переделывались для работы на дровах. Также отдельными партиями газогенераторные версии грузовиков производились самими заводами-изготовителями машин. Например, советские автоисторики приводят цифру 33 840 — столько было выпущено газогенераторных «полуторок» ГАЗ-42. Газогенераторных ЗИСов моделей ЗИС-13 и ЗИС-21 в Москве выпущено более 16 тыс. единиц.

---

ЗИС-21

---

За довоенное время советскими инженерами было создано более 300 различных вариантов газогенераторных установок, из которых 10 дошли до серийного производства. Во время войны серийными заводами были подготовлены чертежи упрощенных установок, которые могли изготавливаться на местах в автомастерских без применения сложного оборудования. По воспоминаниям жителей северных и северо-восточных регионов СССР, грузовики на дровах можно было встретить в глубинке вплоть до 70-х годов ХХ века.

В Германии во время Второй Мировой войны наблюдался острый дефицит бензина. КБ двух компаний (Volkswagen и Mercedes-Benz) получили задание разработать газогенераторные версии своих популярных компактных машин. Обе фирмы в довольно сжатые сроки справились с поставленной задачей. На конвейер встали Volkswagen Beetle и Mercedes-Benz 230. Интересно, что у серийных авто дополнительное оборудование даже не выступало за стандартные габариты «легковушек». В Volkswagen пошли еще дальше и создали опытный образец «дровяного» армейского Volkswagen Тур 82 («кюбельваген»).

---

Volkswagen Тур 82

---

Дровяные машины сегодня

К счастью, главное достоинство газогенераторных автомобилей — независимость от сети АЗС, сегодня стало малоактуальным. Однако в свете современных экологических веяний на первый план вышло другое достоинство автомобилей на дровах — работа на возобновляемом топливе без какой-либо его химической подготовки, без дополнительной траты энергии на производство топлива. Как показывают теоретические расчеты и практические испытания, мотор на дровах меньше вредит атмосфере своими выбросами, чем аналогичных двигатель, но уже работающий на бензине или солярке. Содержание выхлопных газов очень схоже с выбросами ДВС, работающих на природном газе.

И тем не менее тема с автомобилями на дровах утратила свою былую популярность. Забыть о газогенераторах не дают в основном инженеры-энтузиасты, которые ради экономии на топливе или в качестве эксперимента переоборудуют свои личные машины для работы на генераторном газе. На постсоветском пространстве есть удачные примеры «газгенов» на базе легковушек АЗЛК-2141 и ГАЗ-24, грузовика ГАЗ-52, микроавтобуса РАФ-2203 и пр. По словам конструкторов, их творения могут проезжать на одной заправке до 120 км со скоростью 80-90 км/ч.

---

ГАЗ-52

---

К примеру, переведенный житомирскими инженерами в 2009 году на дрова ГАЗ-52 расходует около 50 кг древесных чурок на 100 км пробега. По словам конструкторов, подкидывать дровишки нужно каждые 75-80 км. Газогенераторная установка традиционно для грузовиков расположилась между кабиной и кузовом. После розжига топки должно пройти около 20 минут, прежде чем ГАЗ-52 сможет начинать движение (в первые минуты работы генератора выработанный им газ не имеет нужных горючих свойств). По расчетам разработчиков, 1 км на дровах обходится в 3-4 раза дешевле, чем на дизельном топливе или бензине.

---

Газогенераторная установка ГАЗ-52

---

Единственная на сегодняшний день страна, в которой массово используются автомобили на дровах, — это Северная Корея. В связи с тотальной мировой изоляцией там наблюдается определенный дефицит жидкого топлива. И дрова снова приходят на выручку тем, кто оказался в нелегком положении.

---

Читайте также:

---

motor operation — перевод на французский — примеры английский

Эти примеры могут содержать грубые слова на основании вашего поиска.

Эти примеры могут содержать разговорные слова, основанные на вашем поиске.

Множество схем управления двигателем хранятся в памяти или вычисляются динамически во время работы двигателя .

Подвеска Une pluralité de mécanismes de commande du moteur sont stockés dans une mémoire or Calculés Dynamiquement le fonctionnement du moteur .

Скорость двигателя определяется на протяжении работы двигателя .

Система управления работой двигателя и способ для управления первым и вторым электродвигателями электрически регулируемой трансмиссии.

Изобретение относится к системе и процессу управления fonctionnement de moteur для командира первого и второго двигателей, управляющих электроприводом переменной передачи.

Если крутящий момент, создаваемый газовой турбиной, недостаточен, блок управления управляет электродвигателем, чтобы выполнять вспомогательную моторную операцию для увеличения крутящего момента.

Если пара, созданная для турбины с недостаточным газом, управляется реализующим модулем фасада , вспомогательным устройством для увеличения пары.

Механизм фрикционной муфты и механизм изгибающейся пружины предпочтительно используются для двухрежимных насосов охлаждающей жидкости с двумя режимами работы, а именно с работой электрического двигателя и работой с механическим приводом от шкива.

Механизм защиты от трения и обработки средств компенсации, которые используются для предварительной обработки в двойном режиме с двумя режимами работы, с сохранением и сохранением функционального элемента, обеспечивающего возможность выбора элементов и функций .

Изобретение относится к способу работы двигателя внутреннего сгорания, в котором как внешний, так и внутренний отработанный газ рециркулируют, по меньшей мере, в области работы первого двигателя .

предварительное изобретение, созданное для обеспечения справедливого функционирования, двигатель внутреннего сгорания, трубопроводы для возврата газа, находящиеся в ведении австралийского внутреннего двора, внешний вид, проходящий через зону премьер-министра fonctionnement moteur

Маховик не движется во время работы двигателя .

демпфирующий материал поглощает энергию индуцированных колебаний, создаваемую работой двигателя вентилятора .

Как работают шаговые двигатели

На рисунках ниже показаны два поперечных сечения 5-фазного шагового двигателя. Шаговый двигатель состоит в основном из двух частей: статора и ротора. Ротор состоит из трех компонентов: ротора 1, ротора 2 и постоянного магнита. Ротор намагничен в осевом направлении, так что, например, если ротор 1 поляризован на север, ротор 2 будет поляризован на юг.

Статор имеет десять магнитных полюсов с небольшими зубцами, каждый полюс снабжен обмоткой. Каждая обмотка соединена с обмоткой противоположного полюса, так что оба полюса намагничиваются с одинаковой полярностью, когда ток проходит через пару обмоток. (Пропускание тока через данную обмотку намагничивает противоположную пару полюсов с той же полярностью, то есть северной или южной.)

Противоположная пара полюсов составляет одну фазу. Поскольку имеется пять фаз, от A до E, двигатель называется «5-фазным шаговым двигателем».«

На внешнем периметре каждого ротора имеется 50 маленьких зубцов, при этом маленькие зубья ротора 1 и ротора 2 механически смещены друг относительно друга на половину шага зубьев.

Возбуждение: Для подачи тока через обмотку двигателя

Магнитный полюс: Выступающая часть статора, намагничиваемая возбуждением

Маленькие зубцы: Зубья на роторе и статоре

Принцип работы

Ниже приводится объяснение взаимосвязи между маленькими зубцами намагниченного статора и маленькими зубьями ротора.

При возбуждении фазы «А»

Когда фаза A возбуждена, ее полюса поляризованы на юг. Это притягивает зубцы ротора 1, поляризованные на север, и отталкивает зубцы ротора 2, поляризованные на юг. Таким образом, силы, действующие на всю установку в равновесии, удерживают ротор в неподвижном состоянии. В это время зубцы полюсов фазы В, которые не возбуждаются, смещены с зубцами ротора 2 с южной поляризацией, так что они смещены на 0,72˚. Это обобщает взаимосвязь между зубьями статора и зубьями ротора при возбуждении фазы А.

Когда фаза «B» возбуждена

Когда возбуждение переключается с фазы A на B, полюса фазы B поляризованы на север, притягивая южную полярность ротора 2 и отражая северную полярность ротора 1.

Другими словами, когда возбуждение переключается с фазы A на B, ротор вращается на 0,72˚. Когда возбуждение переходит от фазы A к фазам B, C, D и E, а затем обратно к фазе A, шаговый двигатель вращается точно на 0.72 шага. Чтобы повернуть назад, измените последовательность возбуждения на фазы A, E, D, C, B, а затем обратно на фазу A.

Высокое разрешение 0,72˚ присуще механическому смещению между статором и ротором, что позволяет добиться точного позиционирования без использования энкодера или других датчиков. Достигнута высокая точность остановки, составляющая 3 угловых минуты (без нагрузки), поскольку единственными факторами, влияющими на точность остановки, являются вариации в точности обработки статора и ротора, точности сборки и сопротивления обмоток постоянному току.

Драйвер выполняет функцию переключения фаз, и его синхронизация регулируется импульсным сигналом, подаваемым на драйвер. В приведенном выше примере показано, как возбуждение продвигается по одной фазе за раз, но в реальном шаговом двигателе эффективное использование обмоток обеспечивается одновременным возбуждением четырех или пяти фаз.

Основные характеристики шаговых двигателей

Важным моментом, который следует учитывать при применении шаговых двигателей, является соответствие характеристик двигателя условиям эксплуатации.
В следующих разделах описываются характеристики, которые следует учитывать при применении шаговых двигателей.
Две основные характеристики шагового двигателя:

• Динамические характеристики: Это пусковые и вращательные характеристики шагового двигателя, в основном влияющие на движение механизма и время цикла.
• Статические характеристики: Это характеристики, относящиеся к изменениям угла, которые происходят, когда шаговый двигатель находится в режиме покоя, влияя на уровень точности оборудования.

Динамические характеристики

Руководство по электродвигателям и электродвигателям постоянного тока для HSC Physics

Категория: Физика

В этом руководстве мы рассмотрим теорию и приложения моторного эффекта, который является одним из наиболее распространенных источников вопросов по физике HSC. Моторный эффект проще, чем электромагнитная индукция, которая является еще одной важной концепцией в модуле «Двигатели и генераторы», но он все еще вызывает некоторую путаницу из-за своей трехмерной природы и того факта, что большинство студентов не сталкиваются с настоящими двигателями в их повседневная жизнь! Вы можете использовать это руководство, чтобы понять концепцию моторного эффекта и двигателей постоянного тока и получить необходимые советы для подготовки к вопросам экзаменационного типа.

Что такое моторный эффект?

Моторный эффект — очень важное физическое явление, которое можно резюмировать следующим образом:

Проводник с током внутри магнитного поля будет испытывать силу, называемую силой моторного эффекта.

Давайте более внимательно рассмотрим условия моторного эффекта:
. • Токоведущий провод: Обычно это металлический проводник, который может быть отдельным прямым проводом или частью катушки или соленоида.В некоторых случаях HSC Physics проводник может быть толще, например металлический стержень. В любом случае, чтобы возник моторный эффект, через проводник должен протекать ток.
• Магнитное поле: Внешнее магнитное поле может создаваться магнитами, электромагнитами или даже другими проводниками с током (вспомните, что вокруг провода, проводящего электричество, существует магнитное поле). В физике HSC вы должны иметь дело с магнитными полями из всех вышеперечисленных источников.

Количественный анализ моторного эффекта (величина)

Величину силы моторного эффекта легко измерить как: $$ F = BIl \ sin {θ} $$ • $ F $ представляет величину силы воздействия двигателя, приложенной к проводнику с током (измеряется в ньютонах).
• $ B $ представляет плотность магнитного потока (иногда называемую просто силой магнитного поля) (измеряется в теслах)
• $ I $ представляет электрический ток, протекающий по проводнику (измеряется в амперах).
• $ l $ представляет собой длину проводника, которая составляет внутри магнитного поля (измеряется в метрах)
• $ θ $ представляет собой угол между силовыми линиями магнитного поля ($ B $) и током ($ I $).

Как мы подчеркивали в нашем руководстве по пересмотру, это может быть источником потенциальных ошибок. В большинстве вопросов по HSC Physics у вас есть проводник в магнитном поле под углом 90 градусов и, следовательно, $ \ sin {θ} = 1 $. Будьте очень осторожны с вопросами о ловушках, которые дают вам угол, но на самом деле нет необходимости рассчитывать силу моторного эффекта! Например, в приведенном ниже вопросе HSC Physics угол $ θ $ фактически равен 90 градусам, поскольку направление $ B $ находится внутри экрана, а направление $ I $ — в плоскости экрана.Угол все еще нужен для вычисления $ l $ с использованием базовой тригонометрии (попробуйте, значение должно быть 1,5 А):

Еще одно следствие этой формулы — то, что всякий раз, когда ток параллелен силовым линиям ($ θ = 0 $), моторного эффекта не будет. В остальном использование этой формулы относительно просто. Просто убедитесь, что у вас всегда есть правильные единицы измерения; например, если длина указана в сантиметрах, вы должны преобразовать ее в метры.

Качественный анализ двигательного эффекта (направление) — Правило для ладони правой руки

Помимо расчета величины силы моторного эффекта, мы очень часто должны определять ее направление (или направление $ B $ или $ I $).Мы можем сделать это с помощью знаменитого (пресловутого?) «Правила правой руки»:

Правило правой руки показывает векторы в трех измерениях, что означает, что у вас всегда будет один из векторов ($ F $, $ I $ или $ B $) направлены внутрь или за пределы плоскости страницы (экрана). Вспомните символы векторов, направленных внутри страницы («X» внутри круга) или за пределы страницы (точка внутри круга):

. Также необходимо помнить, что направление магнитного поля (пальцы) линии всегда от Северного полюса до Южного полюса .Правило правой руки для ладони также полезно при изучении движения заряженных частиц в магнитных полях.

Работа двигателя постоянного тока

Основное применение моторного эффекта, которому мы должны научиться в HSC Physics, — это двигатель постоянного тока. Двигатели постоянного тока — это простые устройства, которые преобразуют электрическую энергию (обычно от батареи) во вращательное движение катушки. Этот тип двигателей можно найти в небольших мобильных устройствах с батарейным питанием, таких как игрушки или портативные вентиляторы. В этом руководстве мы рассмотрим базовую работу двигателя постоянного тока — для дальнейшего объяснения обратной ЭДС, которая появляется в результате электромагнитной индукции, обратитесь к соответствующему руководству по закону Ленца.

через GIPHY

Конфигурация двигателя постоянного тока

Типичный двигатель постоянного тока выглядит так:

Мы можем выделить следующие компоненты:
• Магниты, создающие магнитное поле $ B $ (нам нужно, чтобы северный и южный полюсы были противоположны друг другу)
• Катушка, находящаяся внутри магнитного поля, которая обычно представляет собой квадратную петлю из проводников.
• Батарея, обеспечивающая постоянный ток постоянного тока.
• Коммутатор с разъемным кольцом, который представляет собой устройство, которое изменяет направление тока каждые пол-оборота, чтобы поддерживать непрерывное движение катушки.
• Набор угольных щеток, которые позволяют току течь от аккумулятора к коммутатору без запутывания и обрывов проводов

Двигатель постоянного тока, пошаговое вращение

Давайте подробнее рассмотрим работу двигателей постоянного тока, так как вам нужно будет понять и объяснить это в нескольких экзаменационных вопросах.Самый простой способ объяснить работу двигателя — это посмотреть на катушку «спереди».

С этой точки зрения мы можем видеть углы «W» и «Z» катушки. Объясняя работу двигателя постоянного тока, мы должны делать это шаг за шагом, поскольку он вращается вокруг своей оси:
Позиция 1: Катушка начинается параллельно линиям магнитного поля. В этом положении ток течет из W → X → Y → Z (напомним, что ток всегда течет от положительной клеммы батареи к отрицательной клемме).
С нашей точки зрения, ток на стороне WX направлен внутрь экрана, и, следовательно, если мы применим правило правой руки, сила Motor Effect будет увеличиваться на (попробуйте!). Точно так же ток на стороне YZ направлен за пределы экрана, и, следовательно, правило правой руки показывает, что будет сила вниз на . Эти две силы вверх на WX и вниз на YZ заставляют катушку начать вращаться по часовой стрелке.
Позиция 2: В этом положении ток все еще течет из W → X → Y → Z.Что еще более важно, если мы применим формулу моторного эффекта и правило правой ладони для сторон WX и YZ, мы увидим, что сила $ F $ такая же по величине и направлению, как и в положении 1. Это означает, что вращение продолжается по часовой стрелке. .
Позиция 3: В положении, когда катушка расположена вертикально, разрезное кольцо коммутатора размыкается и меняет направление тока. Однако катушка имеет некоторую инерцию и, следовательно, продолжает вращаться по часовой стрелке. Об этом важно упомянуть, так как в противном случае катушка оставалась бы неподвижной в вертикальном положении (вы можете видеть, как силы компенсируются в этом положении).
Позиция 4: Так как направление тока теперь изменилось, ток течет из Z → Y → X → W. Это означает, что на стороне WX сила моторного эффекта теперь будет направлена ​​вниз, а на стороне YZ сила будет направлена ​​вверх (попробуйте правило правой руки!). Это обеспечивает продолжение вращения по часовой стрелке.
Позиция 5: Направление тока остается от Z → Y → X → W. Следовательно, направления силы на WX и YZ остаются такими же, как и в положении 4.Катушка продолжает вращаться по часовой стрелке, и процесс повторяется.

Обратите внимание, что во всех положениях для сторон XY и WZ ток параллелен силовым линиям ($ θ = 0 $), и, следовательно, отсутствует сила . Следовательно, в нашем анализе мы рассматриваем только стороны WX и YZ. Также обратите внимание, что угол $ θ $ токов в сторонах WX и YZ составляет , перпендикулярно линиям поля в любом положении. Это означает, что силы моторного эффекта на WX и YZ в любом положении равны и имеют постоянную величину .Вы можете увидеть 3D-модель вращающегося двигателя, которая показывает изменения направления тока и сил, действующих на двигателе, ниже:

Следует отметить, что чистая сила на катушке (со всех сторон) фактически равна нулю в любом положении. Это потому, что силы моторного эффекта на WX и YZ всегда противоположны по направлению, следовательно, они нейтрализуют друг друга. Может показаться нелогичным, что у нас есть чистая сила, равная нулю, но двигатель продолжает вращаться; чтобы понять, что нам нужно ввести понятие крутящего момента.

Момент

Давайте сделаем наш анализ более интересным, введя понятие крутящего момента. В физике крутящий момент — это эффект силы, вызывающей вращение, и его можно выразить как: $$ τ = Fr \ sin {θ} $$ Как мы видели ранее, длина $ r $ представляет собой расстояние от точки поворота (или оси поворота) до точки приложения силы $ F $ (в нашем случае это стороны WX и YZ). В HSC Physics есть более полезная формула для объяснения вращения двигателя постоянного тока: $$ τ = nBIA \ cos {θ} $$ В этой формуле:
• $ A $ представляет площадь катушки
• $ θ $ — угол между плоскостью катушки ($ A $) и силовыми линиями магнитного поля ($ B $).Этот угол равен НЕ , как $ θ $ в формуле моторного эффекта, которую мы видели выше, поэтому убедитесь, что вы понимаете разницу! Например, на рисунке ниже угол воздействия двигателя составляет 90 °, так как левая и правая стороны перпендикулярны силовым линиям, но плоскость угла наклона катушки равна 0 °, поскольку она параллельна силовым линиям!

Обратите внимание, что доказательство $ τ = nBIA \ cos {θ} $ — это не то, что вас просят сделать, но для математически увлеченных студентов вы можете попытаться вывести его из $ τ = Fr \ sin {θ} $ и $ F = BIl \ sin {θ} $ и немного геометрии!

Давайте теперь вернемся к пошаговому анализу из последнего раздела.