Как работает электродвигатель: принцип действия и устройство, схема подключения

Определение и общие особенности

Ключевой особенностью любого двигателя внутреннего сгорания является воспламенение топливной смеси непосредственно в его рабочей камере, а не во внешних средах. В момент сгорания топлива полученная тепловая энергия вызывает работу механических узлов двигателя.

История создания

До появления двигателей внутреннего сгорания самоходные машины оснащались двигателями внешнего сгорания. Такие агрегаты работали от давления пара, образующегося в результате нагрева воды в отдельном баке.

Конструкция таких двигателей была общей и малоэффективной: помимо большого веса установки, для преодоления больших расстояний транспорту приходилось еще и тащить приличный запас топлива (угля или дров).

Ввиду этого недостатка инженеры и изобретатели пытались решить важный вопрос – как совместить топливо с корпусом силового агрегата. Исключив из системы такие элементы, как бойлер, бак для воды, конденсатор, испаритель, насос и т д., удалось значительно снизить вес двигателя.

Создание двигателя внутреннего сгорания в привычном современному автолюбителю виде происходило постепенно. Вот основные вехи, которые привели к появлению современного двигателя внутреннего сгорания:

• 1791 Джон Барбер изобретает газовую турбину, которая приводится в действие в процессе «переработки» нефти, угля и древесины в автоклавах. Образовавшийся газ вместе с воздухом компрессором нагнетался в камеру сгорания. Образовавшийся горячий газ под давлением подавался на рабочее колесо рабочего колеса и приводил его во вращение.
• 1794 Роберт Стрит патентует двигатель на жидком топливе.
• 1799 Филипп Лебон получает осветительный газ в результате пиролиза нефти. В 1801 году он предложил использовать его в качестве топлива для газовых двигателей.
• 1807 г. Франсуа Исаак де Риваз — патент на «использование взрывчатых материалов в качестве источника энергии в двигателях». На основе разработки создать «самоходный экипаж».
• 1860 г. Этьен Ленуар стал пионером ранних изобретений, создав функциональный двигатель, работающий на смеси осветительного газа и воздуха. Механизм приводился в действие искрой от внешнего источника питания. Изобретение использовалось на кораблях, но не устанавливалось на самоходные машины.
• 1861 г. Альфонс Бо Де Роша раскрывает важность сжатия топлива перед его воспламенением, что послужило созданию теории работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания (всасывание, сжатие, сгорание с расширением и выхлоп).
• 1877 Николаус Отто создает первый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания мощностью 12 л.с.
• 1879 Карл Бенц патентует двухтактный двигатель.
• 1880-е годы Огнеслав Кострович, Вильгельм Майбах и Готлиб Даймлер одновременно разрабатывают карбюраторные модификации двигателей внутреннего сгорания, готовя их к серийному производству.

Помимо бензиновых двигателей, в 1899 году появился двигатель Тринклера. Это изобретение представляет собой еще один тип двигателя внутреннего сгорания (масляный двигатель высокого давления без компрессора), работающий по принципу изобретения Рудольфа Дизеля. С годами совершенствовались силовые агрегаты, как бензиновые, так и дизельные, что повышало их экономичность.

Виды ДВС

В зависимости от типа конструкции и специфики работы двигателей внутреннего сгорания их классифицируют по нескольким признакам:

• По типу используемого топлива — дизель, бензин, газ.
• По принципу охлаждения — жидкостно-воздушное.
• В зависимости от расположения цилиндров рядные и V-образные.
• По способу приготовления топливной смеси: карбюраторная, газо-инжекторная (смеси образуются во внешней части ДВС) и дизельная (во внутренней части).
• По принципу воспламенения топливной смеси, с принудительным воспламенением и самовоспламенением (характерно для дизельных агрегатов).

Двигатели также отличаются деталями своей конструкции и эффективностью работы:

• Поршневой, у которого рабочая камера расположена в цилиндрах. Стоит учесть, что такие двигатели внутреннего сгорания делятся на несколько подвидов:
  • карбюратор (карбюратор отвечает за создание обогащенной рабочей смеси);
  • впрыск (смесь поступает непосредственно во впускной коллектор через форсунки);
  • дизельный (воспламенение смеси происходит за счет создания высокого давления внутри камеры).
  • Роторно-поршневой, характеризующийся преобразованием тепловой энергии в механическую за счет вращения ротора вместе с профилем. Работа ротора, движение которого напоминает форму 8-ку, полностью заменяет функции поршней, ГРМ и коленчатого вала.
  • Газовая турбина, в которой двигатель приводится в действие за счет тепловой энергии, получаемой за счет вращения ротора с лопаткообразными лопатками. Приводит в движение вал турбины.

Теория, на первый взгляд, ясна. Теперь рассмотрим основные узлы силового агрегата.

По рабочему циклу

Это уже известное нам деление двигателей на двухтактные и четырехтактные.

1. Двухтактный: полный рабочий цикл состоит из двух стадий, при этом коленчатый вал делает один оборот;
2. Четыре раза: в полном цикле он проходит четыре стадии и коленвал делает два оборота.

По типу конструкции

Существует два основных типа двигателей внутреннего сгорания: поршневые и роторные.

1. Поршневой – это тот самый знакомый нам двигатель с поршнями, цилиндрами и коленчатым валом, который встречается практически в любом транспортном средстве;
2. Роторно-поршневой двигатель, также известный как двигатель Ванкеля, представляет собой особый тип двигателя внутреннего сгорания, в котором вместо поршня используется трехгранный ротор, а камера сгорания имеет овальную форму. Двигатель Ванкеля использовался в некоторых моделях автомобилей, но сложность производства и обслуживания вынудила инженеров отказаться от этой конструкции.

Работа роторного двигателя

» data-image-description=»» data-image-title=»роторный двигатель работа» aperture?:?0?,?credit?:??,?camera?:??,?caption?:??,?created_timestamp?:?0?,?copyright?:??,?focal_length?:?0?,?iso?:?0?,?shutter_speed?:?0?,?title?:??,?orientation?:?0?}?=»» data-image-meta=»{» data-comments-opened=»1″ data-orig-size=»381,380″ data-orig-file=»https://i0.wp.com/vaznetaz.ru/wp-content/uploads/2019/10/роторный-двигатель-работа.gif?fit=381%2C380&ssl=1″ data-permalink=»https://vaznetaz.ru/dvigatel-dvs/attachment/rotornyj-dvigatel-rabota» data-attachment-id=»10132″>

Работа роторного двигателя

По количеству цилиндров

В двигателе ЦПГ может быть установлено от 1 до 16 цилиндров, для автомобилей обычно от 3 до 8. Как правило, конструкторы предпочитают четное число цилиндров для балансировки их циклов. Самым известным исключением из правил является двигатель Ecoboost, разработанный компанией Ford, во многих моделях которого установлено всего три цилиндра.

По расположению цилиндров

Дизайн CPG не всегда онлайн (хотя онлайн-движок проще всего ремонтировать и обслуживать). В зависимости от фантазии инженеров двигатели делятся на несколько типов конструкции:

1. Рядный — все цилиндры выровнены в ряд и на коленчатом валу. Работа рядного двигателя

   » data-image-description=»» data-image-title=»рядный двигатель в разрезе» aperture?:?0?,?credit?:??,?camera?:??,?caption?:??,?created_timestamp?:?0?,?copyright?:??,?focal_length?:?0?,?iso?:?0?,?shutter_speed?:?0?,?title?:??,?orientation?:?0?}?=»» data-image-meta=»{» data-comments-opened=»1″ data-orig-size=»320,213″ data-orig-file=»https://i0.wp.com/vaznetaz.ru/wp-content/uploads/2019/10/рядный-двигатель-в-разрезе.gif?fit=320%2C213&ssl=1″ data-permalink=»https://vaznetaz.ru/dvigatel-dvs/attachment/ryadnyj-dvigatel-v-razreze» data-attachment-id=»10125″>

   Онлайн работа двигателя

2. V-образный: два ряда цилиндров, установленных под углом от 45 до 90 градусов на коленчатый вал. Работа V-образного двигателя

   » data-image-description=»» data-image-title=»V-образные двигатель» aperture?:?0?,?credit?:??,?camera?:??,?caption?:??,?created_timestamp?:?0?,?copyright?:??,?focal_length?:?0?,?iso?:?0?,?shutter_speed?:?0?,?title?:??,?orientation?:?0?}?=»» data-image-meta=»{» data-comments-opened=»1″ data-orig-size=»640,480″ data-orig-file=»https://i0.wp.com/vaznetaz.ru/wp-content/uploads/2019/10/V-образные-двигатель-в-разрезе.gif?fit=640%2C480&ssl=1″ data-permalink=»https://vaznetaz.ru/dvigatel-dvs/attachment/v-obraznye-dvigatel-v-razreze» data-attachment-id=»10112″>

   V-образный двигатель

3. В форме ВР — два ряда цилиндров с небольшим углом наклона, 10-20 градусов, смонтированных на одном коленчатом валу. Работа VR-образного двигателя

   » data-image-description=»» data-image-title=»VR-образные двигатель в разрезе» aperture?:?0?,?credit?:??,?camera?:??,?caption?:??,?created_timestamp?:?0?,?copyright?:??,?focal_length?:?0?,?iso?:?0?,?shutter_speed?:?0?,?title?:??,?orientation?:?0?}?=»» data-image-meta=»{» data-comments-opened=»1″ data-orig-size=»640,480″ data-orig-file=»https://i0.wp.com/vaznetaz.ru/wp-content/uploads/2019/10/VR-образные-двигатель-в-разрезе.gif?fit=640%2C480&ssl=1″ data-permalink=»https://vaznetaz.ru/dvigatel-dvs/attachment/vr-obraznye-dvigatel-v-razreze» data-attachment-id=»10111″>

   Работа двигателя виртуальной реальности

4. W-образный: представляет собой блок из 3-х или 4-х рядов цилиндров, закрепленный на коленчатом валу. Работа W-образного двигателя

   » data-image-description=»» data-image-title=»W-образный двигатель работа» aperture?:?0?,?credit?:??,?camera?:??,?caption?:??,?created_timestamp?:?0?,?copyright?:??,?focal_length?:?0?,?iso?:?0?,?shutter_speed?:?0?,?title?:??,?orientation?:?0?}?=»» data-image-meta=»{» data-comments-opened=»1″ data-orig-size=»476,344″ data-orig-file=»https://i0.wp.com/vaznetaz.ru/wp-content/uploads/2019/10/W-образный-двигатель-работа.gif?fit=476%2C344&ssl=1″ data-permalink=»https://vaznetaz.ru/dvigatel-dvs/attachment/w-obraznyj-dvigatel-rabota» data-attachment-id=»10113″>

   Работа двигателя Вт

5. П-образный – два параллельных ряда цилиндров, установленных на двух коленчатых валах, объединенных в один силовой агрегат. Работа U-образного двигателя

   » data-image-description=»» data-image-title=»U-образные двигатели работа» aperture?:?0?,?credit?:??,?camera?:??,?caption?:??,?created_timestamp?:?0?,?copyright?:??,?focal_length?:?0?,?iso?:?0?,?shutter_speed?:?0?,?title?:??,?orientation?:?0?}?=»» data-image-meta=»{» data-comments-opened=»1″ data-orig-size=»248,257″ data-orig-file=»https://i0.wp.com/vaznetaz.ru/wp-content/uploads/2019/10/U-образные-двигатели-работа.gif?fit=248%2C257&ssl=1″ data-permalink=»https://vaznetaz.ru/dvigatel-dvs/attachment/u-obraznye-dvigateli-rabota» data-attachment-id=»10110″>

   U-образный двигатель

6. Напротив — с двумя рядами цилиндров, установленных горизонтально под углом 180 градусов друг к другу на коленчатом валу. Работа оппозитного двигателя

   » data-image-description=»» data-image-title=»Оппозитный двигатель работа» aperture?:?0?,?credit?:??,?camera?:??,?caption?:??,?created_timestamp?:?0?,?copyright?:??,?focal_length?:?0?,?iso?:?0?,?shutter_speed?:?0?,?title?:??,?orientation?:?0?}?=»» data-image-meta=»{» data-comments-opened=»1″ data-orig-size=»320,213″ data-orig-file=»https://i0.wp.com/vaznetaz.ru/wp-content/uploads/2019/10/Оппозитный-двигатель-работа.gif?fit=320%2C213&ssl=1″ data-permalink=»https://vaznetaz.ru/dvigatel-dvs/attachment/oppozitnyj-dvigatel-rabota» data-attachment-id=»10119″>

   Характеристики оппозитного двигателя

7. Счетчик — особая конструкция двигателя, в которой на каждый цилиндр приходится по два поршня, движущихся в противоположных направлениях. По сути, это группа цилиндров и поршней, закрепленных на двух коленчатых валах. Работа встречного двигателя

   » data-image-description=»» data-image-title=»Встречные двигатели работа» aperture?:?0?,?credit?:??,?camera?:??,?caption?:??,?created_timestamp?:?0?,?copyright?:??,?focal_length?:?0?,?iso?:?0?,?shutter_speed?:?0?,?title?:??,?orientation?:?0?}?=»» data-image-meta=»{» data-comments-opened=»1″ data-orig-size=»517,250″ data-orig-file=»https://i0.wp.com/vaznetaz.ru/wp-content/uploads/2019/10/Встречные-двигатели-работа.gif?fit=517%2C250&ssl=1″ data-permalink=»https://vaznetaz.ru/dvigatel-dvs/attachment/vstrechnye-dvigateli-rabota» data-attachment-id=»10115″>

   Противоположная работа двигателя

8. Радиальный — с круговым размещением ЦПГ, установленных на центрально расположенном коленчатом валу.

Работа радиального двигателя

» data-image-description=»» data-image-title=»Радиальный двигатель работа» aperture?:?0?,?credit?:??,?camera?:??,?caption?:??,?created_timestamp?:?0?,?copyright?:??,?focal_length?:?0?,?iso?:?0?,?shutter_speed?:?0?,?title?:??,?orientation?:?0?}?=»» data-image-meta=»{» data-comments-opened=»1″ data-orig-size=»480,320″ data-orig-file=»https://i0.wp.com/vaznetaz.ru/wp-content/uploads/2019/10/Радиальный-двигатель-работа.gif?fit=480%2C320&ssl=1″ data-permalink=»https://vaznetaz.ru/dvigatel-dvs/attachment/radialnyj-dvigatel-rabota» data-attachment-id=»10124″>

Работа радиального двигателя

В туристических автомобилях используются рядные двигатели V, VR, W и U, а на некоторых моделях — оппозитные. А вот радиалы используются в авиационной технике.

По типу топлива

Классикой жанра здесь являются бензиновые и дизельные двигатели. Набирают популярность бензиновые двигатели, постепенно совершенствуются гибриды и водородные двигатели.

1. Бензиновые двигатели требуют воспламенения воздушно-топливной смеси. Для этого используются свечи и катушки зажигания, работающие синхронно с движением коленчатого вала. Особенностью бензиновых двигателей является способность развивать высокую скорость;
2. Дизельные двигатели работают по принципу самовоспламенения воздушно-топливной смеси. У них нет свечей зажигания, но есть система прямого впрыска, требующая подачи топлива под высоким давлением. Для запуска двигателя используются свечи накаливания, которые предварительно нагревают воздух и гаснут после прогрева камеры сгорания. Дизельные двигатели способны развивать большую мощность, но не скорость, поэтому их используют в тяжелой технике;
3. Газовые установки пользуются популярностью благодаря невысокой стоимости сжиженного газа (по сравнению с бензином). Газовые двигатели работают при более высоких температурах, чем бензиновые или дизельные двигатели, что, в свою очередь, требует хорошей системы охлаждения и специального моторного масла;
4. Гибрид представляет собой комбинацию двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя. В стандартном режиме движения задействован только электродвигатель, а ДВС активируется при необходимости увеличения нагрузки или подзарядки аккумуляторов;
5. До недавнего времени водородные двигатели были довольно опасны: кислород и водород, получаемые из воды электролизом, горели нестабильно и рисковали детонацией. Относительно недавно был найден другой способ использования соединения водорода и кислорода: в баки заливается водород (причем заправка занимает около 3 минут), из воздуха улавливается кислород, после чего они подаются в генератор электрический, а не внутренний двигатель внутреннего сгорания. Фактически получается процесс, обратный процессу электролиза, в результате которого образуются электричество и вода. Toyota Mirai стала первым автомобилем с водородной силовой установкой.

По принципу работы ГРМ

Ключевым элементом газораспределительного механизма является распределительный вал, соединенный с коленчатым валом двигателя при помощи зубчатого ремня или цепи. Распределительный вал по своей конструкции регулирует работу клапанов, и вся система работает синхронно с оборотами двигателя. Обрыв ремня ГРМ почти всегда дорога в сервис.

В зависимости от компоновки ЦПГ двигатель может иметь 1 распредвал, если двигатель рядный, или 2-4 распредвала, если он V-образной компоновки.

Однако штатная система газораспределения уже не отвечает современным требованиям мощности и экономичности двигателя. И теперь, кроме штатной механической системы, есть такие адаптивные системы, как Honda i-VTEC, VTEC-E и DOHC, Toyota VVT-i, Mitsubishi MIVEC, разработки Volkswagen и Eco-Motors, а также пневматическая синхронизация система, установленная на Koenigsegg Regera и в дальнейшем добавляющая 30% мощности двигателю.

По принципу подачи воздуха

Еще одна классификация, часто встречающаяся в быту, – деление двигателей на безнаддувные и турбированные.

1. Безнаддувный двигатель — это тот же двигатель внутреннего сгорания, который подсасывает порцию воздуха при движении поршня в цилиндре вниз. Подача кислорода стандартная;
2. Турбина (турбокомпрессор) — это дополнительная накачка воздуха в камеру сгорания. Турбокомпрессор приводится в действие потоком выхлопных газов, который раскручивает турбину, которая, в свою очередь, крыльчаткой нагнетает воздух во впускной коллектор.

Работа двигателя с турбиной

» data-image-description=»» data-image-title=»турбированный двигатель работа» aperture?:?0?,?credit?:??,?camera?:??,?caption?:??,?created_timestamp?:?0?,?copyright?:??,?focal_length?:?0?,?iso?:?0?,?shutter_speed?:?0?,?title?:??,?orientation?:?0?}?=»» data-image-meta=»{» data-comments-opened=»1″ data-orig-size=»400,530″ data-orig-file=»https://i0.wp.com/vaznetaz.ru/wp-content/uploads/2019/10/турбированный-двигатель-работа.gif?fit=400%2C530&ssl=1″ data-permalink=»https://vaznetaz.ru/dvigatel-dvs/attachment/turbirovannyj-dvigatel-rabota» data-attachment-id=»10130″>

Работа газотурбинного двигателя

Турбированные двигатели имеют свои преимущества и недостатки: с одной стороны, чем больше воздуха, тем большую мощность может развить двигатель. С другой стороны, эффект турбо лага может серьезно повредить нервы любителя спортивной езды. Да и лишний узел — это лишнее слабое место, поэтому не всем нравятся турбированные моторы (или битурбо, как называют двигатель с двумя турбинами). Иногда хорошо собранный атмосферник может «заткнуть за пояс» любой привод.

Устройство ДВС

В состав тела входят следующие компоненты:

• цилиндрический блок;
• кривошипный механизм;
• газораспределительный механизм;
• системы подачи и воспламенения горючей смеси и отвода продуктов сгорания (выхлопных газов).

Чтобы понять расположение каждого компонента, рассмотрим структурную схему двигателя:

Цифра 6 указывает на место, где находится цилиндр. Это один из ключевых компонентов двигателя внутреннего сгорания. Внутри цилиндра находится поршень, обозначенный цифрой 7. Он прикреплен к шатуну и коленчатому валу (обозначены на схеме цифрами 9 и 12 соответственно). Перемещение поршня вверх-вниз внутри цилиндра вызывает образование вращательных движений коленчатого вала. На конце коленчатого вала предусмотрен маховик, который на схеме показан под номером 10. Он необходим для равномерного вращения вала. Верхняя часть цилиндра снабжена герметичной головкой с впускным и выпускным смесительными клапанами. Они отображаются под номером 5.

Открытие клапанов стало возможным благодаря кулачкам распределительных валов, обозначенным номером 14, а точнее их передаточным элементам (номер 15). Вращение распределительного вала обеспечивают шестерни коленчатого вала, обозначенные цифрой 13. При свободном движении поршня в цилиндре он может принимать два крайних положения.

Только равномерная подача топливной смеси в нужный момент может обеспечить нормальную работу ДВС. Для снижения эксплуатационных затрат двигателя на отвод тепла и предотвращения преждевременного износа узлов привода они смазываются маслом.

Базовые части двигателя

Чтобы полностью понять устройство автомобильного двигателя, важно понимать, что такое блок, цилиндр, поршень, поршневые кольца и шатун.

Блок

Металлическая основа двигателя, каркас называется блоком. Это часть тела. Именно к блоку крепятся механизмы и отдельные части двигателя и его систем.

Иногда можно встретить термин «блок», иногда — термины «блок двигателя», «блок цилиндров». Все это одно и то же.

Блок двигателя принимает на себя значительные нагрузки. Поэтому контроль качества при его изготовлении должен быть чрезвычайно высоким. Большое внимание уделяется как материалу, так и уровню точности изготовления детали. Для производства используются высокоточные станки.

Ранее блоки изготавливались из перлитного чугуна с легирующими добавками. Популярность чугуна при изготовлении блоков легко объясняется тем, что материал устойчив к износу, стабилен по своим свойствам, нечувствителен к перегреву и ремонтопригоден. Сейчас некоторые производители также выпускают блоки из алюминиевого, магниевого сплава. При этом имеется выигрыш, связанный с массой двигателя. Это очень верно для блоков цилиндров спортивных автомобилей.

Цилиндр

Рядом с понятием «блок» стоит понятие «цилиндр». Цилиндр представляет собой цилиндрическое отверстие, просверленное в блоке. То есть это рабочая объемная камера вытеснения.
Герметизация верхней части цилиндра обеспечивается головкой. Именно в нем:

• Клапаны. Обеспечить (в процессе открытия-закрытия) поступление в цилиндр воздуха, смеси воздуха и топлива. Также среди функций клапанов обеспечивают очистку камеры сгорания цилиндра от выхлопных газов (выхлоп). Клапаны закрыты и удерживаются в этом состоянии клапанными пружинами.
• распределительные валы (элементы привода клапанов). От них зависит, как открываются клапаны, как долго они находятся в открытом состоянии
• Приводные механизмы клапанов. Функция идентична. И, как можно понять из названия, это клапанный блок. Но сами механизмы могут быть разными. Все зависит от двигателя: например, бензиновый, дизельный.

Цилиндр действует как направляющая для поршня.

Поршень, поршневые кольца и шатун

Цилиндрическая деталь или совокупность деталей, преобразующая энергию горения топлива в механическую энергию, называется поршнем.
Поршневые кольца вставлены в канавки на боковой поверхности поршня. Благодаря им создается уплотнение между поршнем и стенкой цилиндра. Задача поршневых колец – создать преграду на пути поступления газов из камеры сгорания в картер.
Среди задач поршня:

• Обеспечение усилия в шатуне.
• Отвод тепла от камеры сгорания.
• Герметизация камеры сгорания.

Шатун обеспечивает подвижное соединение между поршнем и коленчатым валом. Именно шатун передает усилие движущегося поршня на вращающийся коленчатый вал.

Коленчатый вал

Коленчатый вал является важной частью коленчатого механизма. Кривошип коленчатого вала создает возвратно-поступательное движение поршня через шатун (подвижный элемент), то есть возвратно-поступательное движение поршня преобразуется в крутящий момент. Физически коленчатый вал расположен в нижней части двигателя. Снизу коленчатый вал прикрыт картером, самой внушительной неподвижной и полой частью двигателя, установленной сбоку блока. Визуально картер напоминает поддон.

Компоновка коленчатого вала состоит из нескольких шеек (коренной и шатунной). Они соединены щеками, между собой соединены щеками. Точка перехода от шейки к щеке всегда наиболее нагружена на коленчатый вал.

Коленчатый вал подвергается переменным нагрузкам силами давления газов.

Для предотвращения осевого смещения коленчатого вала используется упорный подшипник скольжения. Устанавливается на одну из шеек (среднюю или торцевую).

Несколько важных терминов, касающихся устройства двигателя автомобиля

Камера сгорания представляет собой замкнутое пространство, в котором происходит воспламенение и сгорание воздушно-топливной смеси. Сверху камера сгорания ограничена нижней поверхностью головки блока цилиндров, сбоку стенками цилиндра, снизу днищем поршня.
Клапанный толкатель, толкатель клапанов — промежуточное звено, необходимое для передачи движения распределительного вала на остальные части исполнительного механизма клапанов.

Рокеры (рокеры). Детали двигателя, функцией которых является передача движения распределительного вала на клапаны.
Руль. Деталь, отвечающая за обеспечение плавного вращения коленчатого вала. На цилиндрическом установлен зубчатый венец. Помогает провернуть электростартер.

На схеме показано расположение основных частей двигателя при виде сзади. На фланце коленчатого вала видны отверстия под болты, с помощью которых к фланцу крепится маховик с зубчатым венцом или передаточный диск от привода гидротрансформатора АКПП. Источник: Форд.

Принцип работы ДВС

Современные двигатели внутреннего сгорания работают за счет сжигания топлива внутри цилиндров и вырабатываемой при этом энергии. Через впускной клапан (во многих двигателях их по два на цилиндр) подается смесь бензина и воздуха. Там он воспламеняется за счет искры, образующей свечу зажигания. В момент мини-взрыва газы в рабочей камере расширяются, создавая давление. Он приводит в движение поршень, прикрепленный к коленчатому валу.

Дизели работают по похожему принципу, только процесс сгорания начинается немного по-другому. Во-первых, воздух в цилиндре сжимается, заставляя его нагреваться. Прежде чем поршень достигнет ВМТ на такте сжатия, форсунка распыляет топливо. Благодаря горячему воздуху топливо воспламеняется само по себе без искры. Также процесс идентичен бензиновой модификации ДВС.

Коленчатый вал преобразует возвратно-поступательные движения поршневой группы во вращение коленчатого вала. Крутящий момент поступает на руль, затем на механическую или автоматическую коробку передач и, наконец, на ведущие колеса.

Процесс при движении поршня вверх или вниз называется тактом. Все циклы до момента их повторения называются циклом.

Цикл включает в себя процесс всасывания, сжатия, воспламенения вместе с расширением образующихся газов и выделением.

Существует две модификации двигателей:

1. В двухтактном двигателе коленчатый вал совершает один оборот за цикл, а поршень перемещается вверх и вниз.
2. В четырехтактном цикле коленчатый вал повернется дважды, а поршень совершит четыре полных движения: вниз, вверх, вниз, вверх.

Принцип работы двухтактного двигателя

Когда водитель запускает двигатель, стартер приводит в движение маховик, коленчатый вал вращается, коленчатый вал перемещает поршень. К моменту достижения НМТ и начала набора высоты рабочая камера уже заполнена горючей смесью.

В ВМТ поршень срабатывает и перемещает его вниз. Происходит усиленная вентиляция – выхлопные газы вытесняются новой порцией рабочей топливной смеси. В зависимости от устройства двигателя кровотечение может происходить по-разному. Одна из модификаций предусматривает заполнение топливно-воздушной смесью пространства под поршнем при его подъеме, а при опускании поршня она вдавливается в рабочую камеру цилиндра, вытесняя продукты сгорания.

В таких модификациях двигателя отсутствует клапанная система газораспределения. Сам поршень открывает/закрывает впуск/выпуск.

Такие двигатели применяются в маломощной технике, поскольку в них происходит газообмен за счет замены выхлопных газов другой частью топливовоздушной смеси. Так как рабочая смесь частично удаляется вместе с выхлопом, эта модификация отличается повышенным расходом топлива и меньшей мощностью по сравнению с четырехтактными аналогами.

Одним из преимуществ таких двигателей внутреннего сгорания является то, что в цикле меньше трения, но при этом они сильнее нагреваются.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Большинство автомобилей и других моторизованных транспортных средств оснащены четырехтактными двигателями. Для подачи рабочей смеси и отвода выхлопных газов используется газораспределительный механизм. Он приводится в действие через зубчатый привод, соединенный со шкивом коленчатого вала ременной, цепной или зубчатой ​​передачей.

Вращающийся распределительный вал поднимает/опускает впускные/выпускные клапаны над цилиндром. Этот механизм обеспечивает синхронное открытие соответствующих клапанов подачи топливной смеси и отработавших газов.

В таких двигателях цикл происходит следующим образом (на примере бензинового двигателя):

1. При запуске двигателя стартер вращает маховик, приводящий в движение коленчатый вал. Впускной клапан открывается. Кривошипный механизм опускает поршень, создавая вакуум в цилиндре. Топливно-воздушная смесь всасывается.
2. Двигаясь от нижней мертвой точки вверх, поршень сжимает топливную смесь. Это второе измерение — компрессия.
3. Когда поршень находится в верхней мертвой точке, свеча зажигания создает искру, которая воспламеняет смесь. Взрыв вызывает расширение газов. Избыточное давление в цилиндре перемещает поршень вниз. Это третий удар: воспламенение и расширение (или силовой удар).
4. Вращающийся коленчатый вал перемещает поршень вверх. В этот момент распределительный вал открывает выпускной клапан, через который поднимающийся поршень вытесняет выхлопные газы. Это четвертая мера — освобождение.

Вспомогательные системы двигателя внутреннего сгорания

Ни один современный двигатель внутреннего сгорания не может работать автономно. Это связано с тем, что топливо должно быть доставлено из бензобака к двигателю, оно должно своевременно воспламениться, а чтобы двигатель не «задохнулся» выхлопными газами, их нужно вовремя удалять.

Вращающиеся части нуждаются в постоянной смазке. Из-за высоких температур, образующихся в процессе сгорания, необходимо охлаждать двигатель. Эти взаимодополняющие процессы не обеспечиваются самим двигателем, поэтому двигатель внутреннего сгорания работает совместно со вспомогательными системами.

Система зажигания

Эта вспомогательная система предназначена для своевременного воспламенения топливной смеси при правильном положении поршня (ВМТ на такте сжатия). Он используется в бензиновых двигателях внутреннего сгорания и состоит из следующих элементов:

• Источник питания. При спокойном двигателе эту функцию выполняет аккумулятор (как завести автомобиль, если села батарея — читайте в отдельной статье). После запуска двигателя генератор действует как источник питания.
• Замок зажигания. Устройство, замыкающее электрическую цепь для питания ее от источника питания.
• Устройство хранения. Большинство бензиновых автомобилей имеют катушку зажигания. Также есть модели, в которых таких элементов несколько, по одному на каждую свечу зажигания. Они преобразуют низкое напряжение, поступающее от аккумулятора, в ток высокого напряжения, необходимый для создания качественной искры.
• Распределитель-выключатель зажигания. На автомобилях с карбюратором это трамблер; на большинстве других этот процесс контролируется ECU. Эти устройства распределяют электрические импульсы на соответствующие свечи зажигания.

Впускная система

Для создания процесса горения необходимо сочетание трех факторов: топлива, кислорода и источника воспламенения. Если вы применяете электрический шок, задача системы зажигания, то система впуска обеспечивает подачу кислорода в двигатель, чтобы топливо могло воспламениться.

Эта система состоит из:

• Воздухозаборник: труба, через которую всасывается чистый воздух. Процесс впуска зависит от модификации двигателя. В безнаддувных двигателях воздух всасывается для создания вакуума, который образуется в цилиндре. На турбированных моделях этот процесс усиливается за счет вращения лопастей нагнетателя, что увеличивает мощность двигателя.
• Воздушный фильтр предназначен для очистки потока от пыли и мелких частиц.
• Дроссельный клапан — клапан, регулирующий количество воздуха, поступающего в двигатель. Регулируется нажатием на педаль акселератора или через электронику блока управления.
• Впускной коллектор представляет собой систему труб, соединенных в общую трубу. В инжекторных двигателях вверху установлена ​​дроссельная заслонка и по топливной форсунке на каждый цилиндр. В карбюраторных модификациях во впускном коллекторе установлен карбюратор, в котором воздух смешивается с бензином.

Помимо воздуха в цилиндры должно подаваться и топливо. Для этого была разработана топливная система, состоящая из:

• топливный бак;
• топливная магистраль – шланги и трубки, по которым бензин или дизельное топливо движется от бака к двигателю;
• карбюратор или инжектор (системы форсунок, распыляющие топливо);
• топливный насос, перекачивающий топливо из бака в карбюратор или другое устройство для смешивания топлива и воздуха;
• топливный фильтр, очищающий бензин или дизельное топливо от мусора.

На сегодняшний день существует множество модификаций двигателей, в которых рабочая смесь подается в цилиндры разными способами. Эти системы включают в себя:

• однократный впрыск (карбюраторный принцип, только с форсункой);
• распределенный впрыск (на каждый цилиндр устанавливается отдельная форсунка, топливовоздушная смесь формируется в канале впускного коллектора);
• непосредственный впрыск (форсунка распыляет рабочую смесь прямо в цилиндр);
• комбинированный впрыск (сочетает в себе принцип прямого и распределенного впрыска)

Система смазки

Все поверхности трения металлических деталей необходимо смазывать для их охлаждения и уменьшения износа. Для обеспечения такой защиты двигатель оборудован системой смазки. Он также обеспечивает защиту металлических деталей от ржавчины и удаляет нагар. Система смазки состоит из:

• масляный поддон – резервуар, в котором находится моторное масло;
• масляный насос, создающий давление, благодаря которому смазка поступает во все узлы двигателя;
• масляный фильтр, задерживающий частицы, образующиеся в результате работы двигателя;
• некоторые автомобили оснащены масляным радиатором для дополнительного охлаждения моторной смазки.

Выхлопная система

Качественная выхлопная система обеспечивает удаление выхлопных газов из рабочих камер цилиндров. Современные автомобили оснащены выхлопной системой, в состав которой входят следующие элементы:

• выпускной коллектор, в котором гасятся колебания горячих выхлопных газов;
• впускной патрубок, в который попадают выхлопные газы из коллектора (как и выпускной коллектор, выполнен из жаропрочного металла);
• катализатор, очищающий выхлопные газы от вредных элементов, позволяющий автомобилю соответствовать экологическим нормам;
• резонатор – чуть меньшей емкости, чем у основного глушителя, предназначен для снижения скорости выхлопа;
• основной глушитель, внутри которого имеются перегородки, изменяющие направление выхлопных газов для снижения их скорости и шума.

Система охлаждения

Эта дополнительная система позволяет двигателю работать без перегрева. Поддерживает рабочую температуру двигателя во время его работы. Чтобы этот показатель не превышал критических пределов даже при стоянке автомобиля, система состоит из следующих частей:

• радиатор охлаждения, состоящий из трубок и пластин, предназначенный для быстрого теплообмена между теплоносителем и окружающим воздухом;
• вентилятор, обеспечивающий больший приток воздуха, например, если машина стоит в пробке, а радиатор недостаточно дует;
• водяной насос, обеспечивающий циркуляцию охлаждающей жидкости, отводящей тепло от горячих стенок блока цилиндров;
• термостат: клапан, который открывается после прогрева двигателя до рабочей температуры (до его срабатывания охлаждающая жидкость циркулирует по малому кругу, а когда он открывается, жидкость движется через радиатор).

Синхронная работа каждой вспомогательной системы обеспечивает бесперебойную работу ДВС.

ГРМ — газораспределительный механизм

Для того чтобы в цилиндр поступало необходимое количество топлива и воздуха, а продукты сгорания вовремя удалялись из рабочей камеры, в двигателе внутреннего сгорания имеется механизм, называемый газораспределением. Он отвечает за открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов, через которые топливно-воздушная смесь поступает в цилиндры и удаляются выхлопные газы. Временные части включают в себя:

• распределительный вал;
• Впускные и выпускные клапаны с пружинами и направляющими втулками;
• Детали привода клапана;
• Элементы привода ГРМ.

ГРМ приводится в движение коленчатым валом двигателя автомобиля. С помощью цепи или ремня вращение передается на распределительный вал, который посредством кулачков или коромыслов через толкатели нажимает на впускной или выпускной клапан и по очереди открывает и закрывает их.

Электрооборудование

Это оборудование подает электроэнергию в бортовую сеть автомобиля, в том числе и в систему зажигания. Это оборудование также используется для запуска двигателя. Он состоит из аккумулятора, генератора, стартера, проводки, различных датчиков, следящих за работой и состоянием двигателя.

Это все устройство двигателя внутреннего сгорания. Хотя он постоянно совершенствуется, принцип его работы не меняется, совершенствуются лишь отдельные узлы и механизмы.

Циклы двигателя

Цикл относится к действиям, которые повторяются на одном цилиндре. Четырехтактный двигатель оснащен механизмом, обеспечивающим работу каждого из этих циклов.

В двигателе внутреннего сгорания поршень движется возвратно-поступательно (вверх/вниз) по всему цилиндру. Шатун и прикрепленный к нему кривошип преобразуют эту энергию во вращение. За одно действие, когда поршень достигает нижней точки вверх и назад, коленчатый вал совершает один оборот вокруг своей оси.

Чтобы этот процесс происходил постоянно, в цилиндр должна поступать топливовоздушная смесь, она должна сжиматься и воспламеняться в нем, а также удаляться продукты сгорания. Каждый из этих процессов происходит за один оборот коленчатого вала. Эти действия называются ударами. В четырехтактнике их четыре:

1. Проглатывание или проглатывание. В этом такте топливовоздушная смесь всасывается в полость цилиндра. Он поступает через открытый впускной клапан. В зависимости от типа топливной системы бензин смешивается с воздухом во впускном коллекторе или непосредственно в цилиндре, например, в дизелях;
2. Сжатие. В этот момент и впускной, и выпускной клапаны закрыты. Поршень поднимается за счет вращения коленчатого вала и вращается за счет выполнения других тактов в соседних цилиндрах. В бензиновом двигателе ВТС сжимается до нескольких атмосфер (10-11), а в дизеле более 20 атм.;
3. Рабочее движение. В тот момент, когда поршень останавливается в верхней части, сжатая смесь воспламеняется искрой от свечи зажигания. На дизельном агрегате этот процесс несколько отличается. В нем воздух сжимается настолько сильно, что его температура подскакивает до значения, при котором дизельное топливо само воспламеняется. Как только топливно-воздушная смесь взрывается, выделяющейся энергии некуда деваться и поршень движется вниз;
4. Выброс продуктов горения. Чтобы камера наполнилась свежей порцией горючей смеси, необходимо удалить газы, образовавшиеся в результате воспламенения. Это происходит на следующем такте, когда поршень идет вверх. В этот момент открывается выпускной клапан. Когда поршень достигает верхней мертвой точки, цикл (или набор циклов) в отдельном цилиндре закрывается, и процесс повторяется.

Преимущества и недостатки ДВС

На сегодняшний день лучшим выбором двигателей для механических транспортных средств является двигатель внутреннего сгорания. Среди преимуществ таких агрегатов можно выделить:

• легкость ремонта;
• эконом для дальних поездок (в зависимости от его объема);
• большой ресурс работы;
• доступность для автомобилиста среднего класса.

Идеальный двигатель еще не создан, поэтому у этих агрегатов есть и некоторые недостатки:

• чем сложнее агрегат и сопутствующие системы, тем дороже они будут в обслуживании (например, двигатели EcoBoost);
• требует тонкой настройки системы подачи топлива, опережения зажигания и других систем, что требует определенных навыков, иначе двигатель будет работать неэффективно (или вообще не заведется);
• повышенный вес (по сравнению с электродвигателями);
• износ кривошипно-шатунного механизма.

Несмотря на оснащение многих автомобилей другими типами двигателей («чистые» автомобили с электроприводом), двигатели внутреннего сгорания еще долго будут оставаться конкурентоспособными благодаря своей доступности. Гибридные и электрические версии автомобилей набирают все большую популярность, но из-за дороговизны таких транспортных средств и стоимости их обслуживания они пока недоступны рядовому автолюбителю.

Общие вопросы:

Что такое двигатель внутреннего сгорания? Это тип силовых агрегатов, где в конструкции предусмотрена закрытая камера сгорания, в которой вырабатывается тепловая энергия (за счет воспламенения топливно-воздушной смеси) и преобразуется в механическую энергию.

Кто изобрел двигатель внутреннего сгорания? Французский изобретатель Эвен Ленуар открыл первый в мире двигатель внутреннего сгорания в 1860 году. Первый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, по схеме которого работают абсолютно все силовые агрегаты, изобрел Николаус Отто.

Из чего сделан двигатель? Простейший двигатель внутреннего сгорания состоит из блока цилиндров, в котором установлена ​​шатунно-коленчатая система, группа цилиндров и поршней, верхняя часть блока накрыта головкой блока цилиндров с газораспределительным механизмом (распредвал и клапаны), система впуска и выпуска, система подачи топлива и зажигания.

Конструкция электродвигателя

Основными элементами роторного электродвигателя являются статор и ротор. Статор – неподвижная часть, ротор – вращающаяся часть.

Стандартная конструкция роторного двигателя

Большинство электродвигателей имеют ротор внутри статора. Электродвигатели, у которых ротор находится вне статора, называются электродвигателями реверсивного типа.

Принцип работы электродвигателя

1. По закону Ампера на проводник с током I в магнитном поле будет действовать сила F.2. Если проводник с током I загнуть в рамку и поместить в магнитное поле, то на две стороны рамки, находящиеся под прямым углом к ​​магнитному полю, будут действовать силы F3 противоположных направлений. Силы, действующие на раму, создают крутящий момент или момент силы, заставляющий ее вращаться.4. Выпускаемые электродвигатели имеют несколько витков якоря для обеспечения более постоянного крутящего момента.5. Магнитное поле может создаваться как магнитами, так и электромагнитами. Электромагнит обычно представляет собой проволоку, намотанную на сердечник. Следовательно, согласно закону электромагнитной индукции, ток, втекающий в петлю, будет индуцировать ток в обмотках электромагнита.

Классификация электродвигателей

Роторный электродвигательСамопереключение Внешнее переключениеМеханически коммутируемый (коллектор) Электронно коммутируемый1 (распределитель 2, 3) Асинхронный двигатель Синхронный двигатель ACDCDCAC4AC

Универсальный Отталкивающий	КДПТ с обмоткой возбуждения Включение обмотки Независимый Последовательное возбуждение Параллельно Задавать КДПТ с постоянными магнитами	БДПТ (Бесколлекторный двигатель + EP | + DPR) ВРД (Реактивный двигатель с явнополюсным ротором и групповой обмоткой статора + EP |+ DPR)	Три фазы (многофазный) АДКР АДФР Двухфазный (конденсатор) Один этап с пусковой обмоткой с бронированными столбами с асимметричным магнитопроводом	СДОВ PSDM СДПМ СДПМП Гибридный Мистер Д Гистерезис Индуктор Гибридный СРД-ПМ Реактивный гистерезис Шаг за шагом 5
Простая электроника	Выпрямители, транзисторы	Более сложный электроника	Комплексная электроника (ПЭ)

Примечание:

1. Данная категория не представляет собой отдельный класс электродвигателей, поскольку устройства, входящие в рассматриваемую категорию (БДПТ, ВРД), представляют собой комбинацию бесщеточного двигателя, электрического преобразователя (инвертора) и, в некоторых случаях, датчика скорости положение ротора. В этих устройствах электропреобразователь из-за его малой сложности и малых габаритов обычно встроен в электродвигатель.
2. Вентильный двигатель можно определить как электродвигатель с датчиком положения ротора, управляющим полупроводниковым преобразователем, осуществляющим согласованное переключение обмотки якоря 5.
3. Вентильный двигатель постоянного тока представляет собой двигатель постоянного тока, у которого устройством переключения клапанов является инвертор, управляемый положением ротора, либо фазой напряжения на обмотках якоря, либо положением магнитного поля 1.
4. Электродвигатели, применяемые в БДПТ и ВРД, являются двигателями переменного тока и в связи с наличием в этих устройствах электрического преобразователя подключаются к сети постоянного тока.
5. Шаговый двигатель не является отдельным классом двигателей. Конструктивно это SDPM, SRD или гибрид SRD-PM.

Сокращенное название:

• КДПТ — коллекторный двигатель постоянного тока
• БДПТ — бесщеточный двигатель постоянного тока
• ЭП — электрический преобразователь
• ДПР — датчик положения ротора
• ВРД — клапанный реактивный двигатель
• АДКР — асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
• ADFR — асинхронный двигатель с фазным ротором
• СДОВ — синхронный двигатель с обмоткой возбуждения

• СДПМ — синхронный двигатель с постоянными магнитами
• СДПМП — синхронный двигатель с постоянными магнитами поверхностного монтажа
• СДПМВ — синхронный двигатель со встроенными постоянными магнитами
• SynRM — синхронный реактивный двигатель
• ПМ — постоянные магниты
• ЧП — преобразователь частоты

Типы электродвигателей

Коллекторные электродвигатели

Коллекторная машина — вращающаяся электрическая машина, в которой хотя бы одна из обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, соединена с коллектором. В коллекторном двигателе щеточный коллектор выполняет функцию датчика положения ротора и выключателя тока в обмотках.

Универсальный электродвигатель

Он может работать на переменном и постоянном токе. Он широко используется в ручных электроинструментах и ​​в некоторых бытовых приборах (пылесосах, стиральных машинах и т д.). В США и Европе он использовался как тяговый двигатель. Он получил широкое распространение благодаря небольшим размерам, относительно невысокой цене и простоте эксплуатации.

Коллекторный электродвигатель постоянного тока

Электрическая машина, преобразующая электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию. Преимуществами двигателя постоянного тока являются: высокий пусковой момент, быстродействие, возможность плавного регулирования скорости, простота конструкции и управления. Недостатком двигателя является необходимость ремонта коллекторно-щеточных узлов и ограниченный срок службы из-за износа коллектора.

• С постоянными магнитами

• С обмоткой возбуждения

Бесколлекторные электродвигатели

Бесщеточные двигатели могут иметь контактные кольца со щетками, поэтому не путайте бесщеточные и бесщеточные двигатели.

Бесщеточная машина — вращающаяся электрическая машина, в которой все электрические соединения обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, выполнены без скользящих электрических контактов.

Асинхронный электродвигатель

Самый распространенный электродвигатель в промышленности. Достоинствами электродвигателя являются: простота конструкции, надежность, невысокая стоимость, длительный срок службы, высокий пусковой момент и перегрузочная способность. Недостатком асинхронного двигателя является сложность регулирования скорости.

• Один этап
• Двухфазный

• Три фазы

Cинхронный электродвигатель

Синхронные двигатели часто используются в приложениях, где требуется точное регулирование скорости или где требуется максимальное значение таких параметров, как мощность/объем, эффективность и т д.

• С обмоткой возбуждения
• С постоянными магнитами

• Реагент
• Гистерезис
• Реактивный гистерезис
• Шаг за шагом

Специальные электродвигатели

Серводвигатель

Серводвигатели не являются отдельным классом двигателей. В качестве серводвигателя могут использоваться электродвигатели постоянного и переменного тока с датчиком положения ротора. Серводвигатель используется как часть сервомеханизма для точного управления угловым положением, скоростью и ускорением привода. Для работы серводвигателя требуется относительно сложная система управления, которая обычно разрабатывается специально для сервопривода.

Двигатель с полым (немагнитным) ротором

Характерной чертой двигателей с полым ротором является отсутствие в конструкции ротора магнитопровода

Сравнение электродвигателей

Тип Преимущества Недостатки Применение Электрический преобразователь, выходАвтоматическое переключение

Универсальный	Высокий пусковой момент Компактный Высокоскоростной	Уход (щетки) Короткая продолжительность жизни Шумный	Бытовая техника (пылесосы, фены, миксеры и т.д.) Ручной инструмент (дрели, отвертки и др)
КДПТ	Простое управление скоростью Низкая начальная стоимость	Уход (щетки) Средняя продолжительность жизни Высокая цена коллектора и щеток	Устройства автоматики Промышленный бизнес

Основные параметры электродвигателя

• Крутящий момент
• Мощность двигателя
• Эффективность
• Номинальная скорость

• Момент инерции ротора
• Номинальное напряжение
• Электрическая постоянная времени
• Механическая характеристика

Момент электродвигателя

Крутящий момент (синонимы: крутящий момент, крутящий момент, момент силы) — векторная физическая величина, равная произведению радиуса вектора, проведенного от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы.

,

• где М — крутящий момент, Нм,
• F — усилие, Н,
• r — радиус-вектор, м

Справочно: Номинальный крутящий момент Mном, Нм, определяется по формуле

,

• где Рном – номинальная мощность двигателя, Вт,
• nnom — номинальная скорость, мин-1 4

Начальный пусковой момент — момент электродвигателя при пуске.

Справка: В английской системе измерения сила измеряется в унция-сила (oz, ozf, унция-сила) или фунт-сила (lb, lbf, pound-force)

1 унция = 1/16 фунта = 0,2780139 Н (Н)
1 фунт = 4,448222 Н (Н)

момент измеряется в унциях силы на дюйм (oz∙in) или фунтах силы на дюйм (lb∙in)

1 унция∙дюйм = 0,007062 Нм (Нм)
1 фунт∙дюйм = 0,112985 Нм (Нм)

Мощность электродвигателя

Мощность двигателя – это полезная механическая мощность на валу двигателя.

Механическая мощность

Мощность — это физическая величина, показывающая, какую работу выполняет механизм в единицу времени.

,

• где P – мощность, Вт,
• А — работа, Дж,
• t — время, с

Работа – это скалярная физическая величина, равная произведению проекции силы в направлении F на путь s, пройденный точкой приложения силы 2.

,

• где s — расстояние, м

Для вращательного движения

,

• куда
  – угол, веселый,

,

• куда
  – угловая скорость, рад/с,

Таким образом, можно вычислить значение механической мощности на валу вращающегося электродвигателя

Справочно: Номинальное значение: установленное изготовителем значение параметра электротехнического изделия (устройства), при котором оно должно работать, являющееся исходным значением для подсчета отклонений.

Коэффициент полезного действия электродвигателя

Коэффициент полезного действия (КПД) электродвигателя является характеристикой эффективности машины по отношению к преобразованию электрической энергии в механическую.

,

• куда
  кПД электродвигателя,
• P1 — потребляемая мощность (электрическая), Вт,
• P2 — полезная мощность (механическая), Вт

При этом потери в электродвигателях обусловлены:
• электрические потери — в виде тепла в результате нагрева проводников током;
• магнитные потери — потери на перемагничивание сердечника: потери на вихревые токи, гистерезисные потери и магнитные побочные эффекты;
• механические потери: потери на трение в подшипниках, вентиляции, щетках (если применимо);
• дополнительные потери — потери, вызванные высшими гармониками магнитных полей, возникающими из-за зубчатой ​​конструкции статора, ротора и наличием высших гармоник магнитодвижущей силы обмоток.

КПД электродвигателя может варьироваться от 10 до 99% в зависимости от типа и конструкции.

Международная электротехническая комиссия определяет требования к эффективности для электродвигателей. IEC 60034-31:2010 определяет четыре класса эффективности для синхронных и асинхронных двигателей: IE1, IE2, IE3 и IE4.

Частота вращения

• где n — частота вращения электродвигателя, об/мин

Момент инерции ротора

Момент инерции — скалярная физическая величина, являющаяся мерой инерции тела при вращательном движении вокруг оси, равная сумме произведений масс материальных точек на квадраты их расстояний от оси

,

• где J – момент инерции, кг∙м2,
• m — масса, кг

Справка: В английской системе измерения момент инерции измеряется в унциях-силах-дюймах (oz∙in∙s2)

1 унция∙дюйм∙с2 = 0,007062 кг∙м2 (кг∙м2)

Момент инерции связан с моментом силы следующим соотношением

,

• куда
  – угловое ускорение, с-2 2

,

Справка: Определение момента инерции вращающейся части электродвигателя описано в ГОСТ 11828-86

Ток

Начальный пусковой ток: максимальный эффективный ток, потребляемый остановленным двигателем при питании от сети с номинальным напряжением и частотой.

Номинальное напряжение

Номинальное напряжение – это напряжение, на которое рассчитана сеть или оборудование и с которым связаны его рабочие характеристики 3.

Электрическая постоянная времени

Электрическая постоянная времени – это время, отсчитываемое с момента подачи постоянного напряжения на двигатель, в течение которого ток достигает уровня 63,21% (1-1/e) от своего конечного значения.

,

• куда
  постоянная времени, с

Механическая характеристика

Механическая характеристика двигателя представляет собой графически выраженную зависимость частоты вращения вала от электромагнитного момента при постоянном напряжении питания.

Сравнение характеристик внешне коммутируемых электрических двигателей

Ниже приведены сравнительные характеристики электродвигателей с внешней коммутацией с точки зрения их применения в качестве тяговых двигателей транспортных средств.

• Сравнение механических характеристик электродвигателей разных типов с ограничением тока статора
• Зависимость мощности от частоты вращения вала для различных типов двигателей с ограничением тока статора

Параметр АДКР СДПМП СДПМВ СИС-ПМ СДОВ

Постоянная мощность во всем диапазоне скоростей
Крутящий момент при токе статора
Эффективность (COP) во всем рабочем диапазоне
Масса

Примечание. Оранжевый — низкий, желтый — средний, светло-желтый — высокий:

• АДКР — асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
• СДПМП — синхронный двигатель с постоянными магнитами поверхностного монтажа
• СДПМВ — синхронный двигатель со встроенными постоянными магнитами

• СРД-ПМ — синхронный реактивный двигатель с постоянными магнитами (синхронный гибридный двигатель)
• СДОВ — синхронный двигатель с обмоткой возбуждения

Согласно приведенным выше рисункам, гибридный синхронный двигатель, то есть синхронный реактивный двигатель с постоянными магнитами, лучше всего подходит для использования в качестве тягового двигателя в автомобильной промышленности (выбор был сделан для концепт-каров BMW i3 и BMW i8). Использование реактивного момента обеспечивает высокую мощность в верхнем диапазоне скоростей. Кроме того, указанный двигатель обеспечивает очень высокий КПД в широком рабочем диапазоне 7.

Области применения электродвигателей

Электродвигатели являются крупнейшими потребителями электроэнергии в мире, на их долю приходится около 45% всей потребляемой электроэнергии.

Электродвигатели используются повсеместно, основными областями применения являются:
• промышленность: насосы, вентиляторы, компрессоры, конвейеры, движущая сила других машин и т д.
• строительство: насосы, вентиляторы, конвейеры, лифты, системы отопления, вентиляции и кондиционирования и др.
• бытовые устройства: холодильники, кондиционеры, персональные и портативные компьютеры (жесткие диски, вентиляторы), пылесосы, стиральные машины, миксеры и т д.

ED1ФункцииОбласти примененияРоторные двигателиНасосы Любители Компрессоры Вращать, смешивать, перемещать Транспорт Угловые движения
(шаговые двигатели, серводвигатели) Линейные двигателиОткрыть/Закрыть Классификация Хватай и двигай

Системы водоснабжения и водоотведения

Системы передачи охлажденной или нагретой воды, системы отопления, HVAC2, системы орошения

Канализация

Перекачка нефтепродуктов

Приточно-вытяжная вентиляция, HVAC2, вентиляторы

Системы вентиляции, холодильно-морозильные установки, HVAC2

Хранение и распределение сжатого воздуха, пневматические системы

Системы сжижения газа, системы транспортировки природного газа

Прокатный стан, станки: обработка металла, камня, пластика

Прессовое оборудование: обработка алюминия, пластика

Обработка текстиля: ткачество, стирка, сушка

Смешайте, встряхните: продукты, краски, пластик

Пассажирские лифты, эскалаторы, ленточные конвейеры

Подъемники, краны, подъемники, конвейеры, лебедки

Транспорт: поезда, трамваи, троллейбусы, автомобили, электромобили, автобусы, мотоциклы, велосипеды, зубчатая железная дорога, канатная дорога

Клапаны (открыть/закрыть)

Сервопривод (регулировка положения)

Клапаны

Производство

Роботы

Примечание:

1. ЭД — электродвигатель
2. HVAC — системы отопления, вентиляции и кондиционирования

Производители электродвигателей

• Российские производители электродвигателей
• Рядом с зарубежными производителями электродвигателей
• Производители электродвигателей из дальнего зарубежья

Российские производители электродвигателей

РегионПроизводитель Асинхронный двигатель Синхронный двигатель УД КДПТ АДКР АДФР СДОВ СДПМ, серво СРД, СХД Шаговый КДПТ ОВ КДПТ ПМ

Краснодарский край	Армавирский электротехнический завод
Свердловская область	Баранчинский электромеханический завод
Владимир	Владимирский электромоторный завод
Санкт-Петербург	ВНИТИ МС
Москва	ЗВИ Московский электромеханический завод имени Владимира Ильича
Пермь	ИОЛЛА
Мари Республика	Красногорский завод «Электродвигатель»
Воронеж	МЭЛ
Новочеркасск	Новочеркасский электровозостроительный завод
Санкт-Петербург	НПО «Электрические машины»
Томская область	НПО «Сибэлектромотор
Новосибирск	НПО Элсиб
Республика Удмуртия	Сарапульская электростанция
Киров	Лепсинский электромашиностроительный завод
Санкт-Петербург	Ленинградский электромашиностроительный завод
Псков	Псковский электромашиностроительный завод
Ярославль	Ярославский электромашиностроительный завод

Сокращенное название:

• АДКР — асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
• ADFR — асинхронный двигатель с фазным ротором
• СДОВ — синхронный двигатель с обмоткой возбуждения
• СДПМ — синхронный двигатель с постоянными магнитами
• SynRM — синхронный реактивный двигатель

• СГД — синхронный гистерезисный двигатель
• УД — универсальный двигатель
• КДПТ — коллекторный двигатель постоянного тока
• КДПТ ОВ — Коллектор двигателя постоянного тока с обмотками возбуждения
• КДПТ ПМ — двигатель постоянного тока коллекторный с постоянными магнитами

Производители электродвигателей ближнего зарубежья

СтранаПроизводитель Асинхронный двигатель Синхронный двигатель УД КДПТ АДКР АДФР СДОВ СДПМ, серво СРД, СХД Шаговый КДПТ ОВ КДПТ ПМ

Беларусь	Могилевский завод «Электродвигатель»
Беларусь	Полосьеэлектромаш
Украина	Харьковский электротехнический завод «Укрэлектромаш»
Молдова	Электромаш
Украина	Электрическая машина
Украина	Электрический двигатель
Украина	Электротяжмаш

Производители электродвигателей дальнего зарубежья

СтранаПроизводитель Асинхронный двигатель Синхронный двигатель УД КДПТ АДКР АДФР СДОВ СДПМ, серво СРД, СХД Шаговый КДПТ ОВ КДПТ ПМ

Швейцария	АББ Лимитед
США	Allied Motion Technologies Inc.
США	Аметек Инк.
США	Анахайм Автоматизация
США	Дуговая система вкл.
Германия	Баумюллер
Словения	Купол
США	Эмерсон Электрик Корпорейшн
США	Общая энергия
США	Джонсон Электрик Холдингс Лимитед
Германия	Либхерр
Швейцария	Максон моторс
Япония	Корпорация Нидек
Германия	Север
США	Корпорация Белойт Регал
Германия	Рексрот Группа Бош
Германия	Сименс АГ
Бразилия	ВЭГ

История появления асинхронного двигателя

История создания асинхронного электродвигателя начинается в 1888 году, когда Никола Тесла запатентовал схему электродвигателя, в том же году другой ученый в области электротехники Галилео Феррарис опубликовал статью о теоретических аспектах работы асинхронной машины.

В 1889 году русский физик Михаил Осипович Доливо-Добровольский получил в Германии патент на трехфазный асинхронный электродвигатель.

Все эти изобретения позволили усовершенствовать электрические машины и привели к массовому использованию электрических машин в промышленности, что значительно ускорило все технологические процессы в производстве, повысило производительность труда и снизило его трудоемкость.

В настоящее время наиболее распространенным электродвигателем, используемым в промышленности, является прототип электрической машины, созданный Доливо-Добровольским.

Устройство и принцип действия асинхронного двигателя

Основными компонентами асинхронного двигателя являются статор и ротор, которые отделены друг от друга воздушным зазором. Активную работу в двигателе выполняют обмотки и сердечник ротора.

Под асинхронностью двигателя понимается разница между скоростью вращения ротора и частотой вращения электромагнитного поля.

Статор представляет собой неподвижную часть двигателя, сердечник которого изготовлен из электротехнической стали и закреплен на раме. Станина изготовлена ​​в литой форме из немагнитного материала (чугун, алюминий). Обмотки статора представляют собой трехфазную систему, в которой выводы размещены в пазах с углом отклонения 120 градусов. Фазы обмоток стандартно подключаются к сети по схемам «звезда» или «треугольник».

Ротор является движущейся частью двигателя. Роторы асинхронных электродвигателей бывают двух типов: короткозамкнутые и фазные. Эти типы отличаются друг от друга конструкциями обмотки ротора.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Этот тип электрической машины был впервые запатентован М. О. Доливо-Добровольским и известен в народе как «беговая дорожка» благодаря внешнему виду конструкции. Обмотка короткозамкнутого ротора состоит из медных (алюминиевых, латунных) стержней, короткозамкнутых с кольцами и вставленных в пазы обмотки сердечника ротора. Этот тип ротора не имеет подвижных контактов, поэтому такие двигатели очень надежны и долговечны в эксплуатации.

Асинхронный двигатель с фазным ротором

Такое устройство позволяет регулировать скорость работы в широком диапазоне. Фазный ротор представляет собой трехфазную обмотку, которая соединена по схемам «звезда» или треугольник. В таких электродвигателях в конструкции есть специальные щетки, с помощью которых можно регулировать скорость вращения ротора. Если к механизму такого двигателя добавить специальный реостат, то при включении двигателя активное сопротивление уменьшится, а значит, уменьшатся пусковые токи, что негативно скажется на электрической сети и самом устройстве.

Принцип действия

При подаче электрического тока на обмотки статора возникает магнитный поток. Так как фазы сдвинуты друг относительно друга на 120 градусов, за счет этого вращается поток в обмотках. Если ротор замкнут накоротко, то при таком вращении в роторе возникает ток, создающий электромагнитное поле. Взаимодействуя друг с другом, магнитные поля ротора и статора вызывают вращение ротора электродвигателя. Если ротор находится в фазе, то напряжение подается на статор и ротор одновременно, в каждом механизме возникает магнитное поле, они взаимодействуют друг с другом и вращают ротор.

Отличие от синхронного двигателя

Наряду с простыми асинхронными электрическими машинами в промышленности используются и синхронные приводы. Основным отличием от синхронного двигателя является наличие на роторе вспомогательной обмотки, предназначенной для создания постоянного магнитного потока, как показано на рисунке 4 ниже.

Рис. 4. Отличие асинхронного двигателя от синхронного

Эта обмотка создает магнитный поток, не зависящий от наличия электродвижущей силы в обмотках статора электродвигателя. Поэтому при возбуждении синхронного двигателя его вал начинает вращаться одновременно с полем статора. В отличие от асинхронного типа, где есть разница в движении, которая физически выражается в виде скольжения и рассчитывается по формуле:

с = (n1 — n2) / n1

где s — величина скольжения, измеренная в процентах, n1 — частота вращения поля статора, n2 — частота вращения ротора.

Синхронные электродвигатели применяются в тех устройствах, где важно соблюдать высокую временную точность подачи питания и начала движения. Они также обеспечивают сохранение производительности во время запуска.

Режимы работы

Электродвигатель асинхронного типа является универсальным механизмом и имеет несколько режимов по продолжительности работы:

• Непрерывный;
• В ближайщем будущем;
• Газета;
• Кратковременный повторный;
• Особый.

Непрерывный режим — основной режим работы асинхронных устройств, который характеризуется постоянной работой электродвигателя без остановок с постоянной нагрузкой. Этот режим работы является наиболее распространенным, используется в промышленных компаниях повсеместно.

Кратковременный режим: работает до достижения постоянной нагрузки в течение определенного времени (от 10 до 90 минут), не успев максимально нагреться. После этого он выключается. Этот режим используется при подаче рабочих веществ (вода, масло, газ) и других ситуациях.

Периодический режим: продолжительность работы имеет определенное значение и отключается в конце рабочего цикла. Режим работы «старт-работа-стоп». При этом он может отключаться на время, за которое не успевает остыть до внешних температур, и снова включаться.

Прерывистый режим — мотор не нагревается до максимума, но и не успевает остыть до внешней температуры. Используется в лифтах, эскалаторах и других устройствах.

Специальный режим: продолжительность и период включения произвольные.

В электротехнике существует принцип обратимости электрических машин, означающий, что устройство может преобразовывать электрическую энергию в механическую и совершать противоположные действия.

Асинхронные электродвигатели также соответствуют этому принципу и имеют мотор-генераторный режим работы.

Двигательный режим является основным режимом работы асинхронного электродвигателя. При подаче напряжения на обмотки возникает электромагнитный момент, увлекающий за собой ротор с валом, и таким образом вал начинает вращаться, двигатель достигает постоянной скорости, совершая полезную работу.

Генераторный режим — основан на принципе возбуждения электрического тока в обмотках двигателя при вращении ротора. Если ротор двигателя вращается механически, в обмотках статора образуется электродвижущая сила, при наличии в обмотках конденсатора возникает емкостной ток. Если емкость конденсатора имеет определенное значение, зависящее от характеристик двигателя, то произойдет самовозбуждение генератора и возникнет трехфазная система напряжения. Таким образом, двигатель с короткозамкнутым ротором будет работать как генератор.

Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей

Для регулирования скорости вращения асинхронных электродвигателей и управления режимами их работы существуют следующие способы:

1. Частота: При изменении частоты тока в электрической сети изменяется частота вращения электродвигателя. Для этого метода используется устройство, называемое преобразователем частоты;
2. Реостатный: при изменении сопротивления реостата в роторе изменяется скорость вращения. Этот метод увеличивает пусковой момент и критическое скольжение;
3. Импульсный – метод управления, при котором на двигатель подается напряжение особого типа.
4. Менять обмотки при работе электродвигателя со схемы «звезда» на схему «треугольник», что снижает пусковые токи;
5. Управление сменой пар полюсов короткозамкнутых роторов;
6. Подключение индуктивного реактивного сопротивления для двигателей с фазным ротором.

С развитием электронных систем управление различными электродвигателями асинхронного типа становится более эффективным и точным. Такие двигатели используются во всем мире, разнообразие задач, выполняемых такими механизмами, растет с каждым днем, а потребность в них не уменьшается.

Способы пуска и схемы подключения

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором имеет низкую стоимость, высокие пусковые токи и низкое пусковое усилие. Поэтому для различных целей могут применяться различные способы пуска, снижающие пусковой ток в обмотках и повышающие производительность:

• прямое – напряжение на электродвигатель подается через пускатели или контакторы;
• изменение схемы соединения обмоток двигателя со звезды на треугольник;
• падение напряжения;
• мягкий старт;
• изменение частоты питающего напряжения.

Однофазный асинхронный двигатель.

Для однофазного асинхронного электродвигателя можно использовать три основных способа пуска:

• С расщепленными полюсами – применяется в электродвигателях специальной конструкции, но недостатком метода является постоянная потеря энергии.

• С конденсаторным пуском: вводит пусковой конденсатор в момент пуска асинхронного двигателя и выводит его из цепи через несколько секунд после начала работы. Имеет максимальный крутящий момент.
• При резистивном пуске электродвигателя обеспечивается начальное изменение между векторами ЭДС обмоток скольжения в асинхронной машине.

Трехфазный асинхронный двигатель.

Трехфазные асинхронные блоки могут быть подключены следующими способами:

• Непосредственно в цепь через пускатель или контактор, что обеспечивает простоту процесса, но вырабатывает максимальные токи. Этот способ не подходит при высоких механических нагрузках на вал.
• Путем изменения схемы со звезды на треугольник используют для уменьшения токов в обмотках двигателя за счет снижения питающего напряжения с линейного на фазное.
• Путем подключения через преобразователь напряжения, реостаты или автотрансформатор для уменьшения разности потенциалов. Применяются также изменение числа пар полюсов, частоты питающего напряжения и др.

Также трехфазные асинхронные двигатели могут использовать в схеме прямую и обратную схемы включения. Первый вариант используется только для поворота вала двигателя в одну сторону. В обратной схеме можно изменить движение рабочего органа в прямом и обратном направлениях.

Рис. 9: прямая цепь без возможности реверса

Рассмотрим необратимую схему запуска асинхронного электродвигателя (рис. 9). Здесь через трехполюсный автомат QF1 подается питание на пускатель КМ1. При нажатии кнопки SB2 на обмотки двигателя подается напряжение, он останавливается кнопкой SB1. Тепловое реле КК1 используется для контроля температуры нагрева, а лампочка HL1 указывает на то, что контактор включен.

Рис. 10. Цепь прямого и обратного соединения

Схема инвертора (см рис. 10) аналогична, но использует два пускателя КМ1 и КМ2. Прямое включение асинхронного электродвигателя осуществляется кнопкой SB2 и реверсом SB3.

Достоинства асинхронных электродвигателей

С короткозамкнутым ротором С фазным ротором

1. Простое устройство и схема запуска	1. Малый пусковой ток
2. Низкая стоимость производства	2. Возможность регулировки скорости вращения
3. При увеличении нагрузки скорость шпинделя не меняется	3. Работа с небольшими перегрузками без изменения скорости
4. Способен выдерживать кратковременные перегрузки	4. Можно применить автозапуск
5. Надежная и долговечная работа	5. У него отличный крутящий момент
6. Подходит для любых условий работы
7. Обладает высокой эффективностью

Недостатки асинхронных электродвигателей

С короткозамкнутым ротором С фазным ротором

1. Скорость ротора не регулируется	1. Большие размеры
2. Малый пусковой момент	2. КПД ниже
3. Высокий пусковой ток	3. Частое обслуживание из-за износа щеток
	4. Некоторая сложность дизайна и наличие мобильных контактов

Асинхронные двигатели являются очень эффективными устройствами с отличными механическими характеристиками, что делает их лидерами по частоте использования.

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором представляет собой асинхронный электродвигатель, в котором ротор выполнен с короткозамкнутой обмоткой.

Трехфазный асинхронный электродвигатель, как и любой электродвигатель, состоит из двух основных частей: статора и ротора. Статор – неподвижная часть, ротор – вращающаяся часть. Ротор размещен внутри статора. Между ротором и статором имеется небольшое расстояние, называемое воздушным зазором, обычно от 0,5 до 2 мм.

Статор асинхронного двигателя
Ротор асинхронного двигателя

Статор состоит из корпуса и сердечника с обмоткой. Сердечник статора собран из тонкого листа технической стали, как правило, толщиной 0,5 мм, покрытого электроизоляционным лаком. Многослойная конструкция сердечника способствует значительному снижению вихревых токов, возникающих в процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем. Обмотки статора расположены в пазах сердечника.

Корпус и сердечник статора асинхронного электродвигателя
Конструкция слоистого сердечника асинхронного двигателя

Ротор состоит из короткозамкнутого сердечника и вала. Сердечник ротора также имеет многослойную конструкцию. При этом лопасти ротора не покрыты лаком, так как ток имеет низкую частоту и оксидной пленки достаточно для ограничения вихревых токов.

Принцип работы вращающееся магнитное поле

Принцип работы трехфазного асинхронного электродвигателя основан на способности трехфазной обмотки при подключении к сети трехфазного тока создавать вращающееся магнитное поле.

Вращающееся магнитное поле является основной концепцией электродвигателей и генераторов.

Нагрузка Вращающееся магнитное поле асинхронного двигателя

Частота вращения этого поля, или синхронная частота вращения, прямо пропорциональна частоте переменного тока f1 и обратно пропорциональна числу пар полюсов p трехфазной обмотки.

, где n1 – частота вращения магнитного поля статора, об/мин, f1 – частота переменного тока, Гц, p – число пар полюсов

Концепция вращающегося магнитного поля

Чтобы лучше понять явление вращающегося магнитного поля, рассмотрим упрощенную трехфазную обмотку с тремя витками. Ток, протекающий по проводнику, создает вокруг него магнитное поле. На следующем рисунке показано поле, создаваемое трехфазным переменным током в определенный момент времени

Скачать Магнитное поле проводника постоянного тока
Магнитное поле, создаваемое обмоткой

Компоненты переменного тока будут меняться со временем, что приведет к изменению создаваемого ими магнитного поля. В этом случае магнитное поле, возникающее от трехфазной обмотки, примет другую ориентацию, сохраняя ту же амплитуду.

Магнитное поле, создаваемое трехфазным током в разное время
Ток, протекающий в катушках электродвигателя (смещение 60°) ЗарядкаВращающееся магнитное поле

Действие вращающегося магнитного поля на замкнутый виток

Теперь поместим замкнутый проводник внутрь вращающегося магнитного поля. Согласно закону электромагнитной индукции, изменяющееся магнитное поле создает в проводнике электродвижущую силу (ЭДС). В свою очередь, ЭДС вызовет ток в проводнике. Таким образом, в магнитном поле будет находиться замкнутый проводник с током, на который по закону Ампера будет действовать сила, в результате чего цепь начнет вращаться.

Влияние вращающегося магнитного поля на замкнутый проводник с током

Короткозамкнутый ротор асинхронного двигателя

По этому принципу работает и асинхронный двигатель. Вместо живого каркаса внутри асинхронного двигателя установлен короткозамкнутый ротор, по конструкции напоминающий беговую дорожку. Короткозамкнутый ротор состоит из стержней, короткозамкнутых на концах кольцами.

Наиболее часто используемый ротор с короткозамкнутым ротором в асинхронных двигателях (показан без вала или сердечника)

Трехфазный переменный ток, проходя по обмоткам статора, создает вращающееся магнитное поле. Таким образом, также как описано выше, в стержнях ротора будет индуцироваться ток, в результате чего ротор начнет вращаться. На следующем рисунке вы можете увидеть разницу между токами, индуцированными в стержнях. Это связано с тем, что величина изменения магнитного поля различна в разных парах стержней из-за различного их расположения относительно поля. Текущее изменение стержней будет меняться со временем.

Вращающееся магнитное поле, пронизывающее ротор с короткозамкнутым ротором
Магнитный момент, действующий на ротор

Вы также можете заметить, что стержни ротора наклонены относительно оси вращения. Это делается для уменьшения высших гармоник ЭДС и устранения пульсаций импульса. Если бы стержни были направлены вдоль оси вращения, возникло бы пульсирующее магнитное поле из-за того, что магнитное сопротивление обмотки намного больше, чем магнитное сопротивление зубцов статора.