Электрические двигатели

Конструкция простейшего электродвигателя

Простейший электродвигатель

Опять-таки, отметим, что рассматриваемая конструкция — это далеко не единственный вариант реализации подобных устройств. Однако, большая часть приборов работает именно так и среди бытовых приборов или в транспорте вы вряд ли обнаружите что-то другое. Поэтому, рассмотрим простейшую схему и элементарный вариант реализации прибора.

Конструкция самого простого электродвигателя является довольно примитивной. Он состоит из статора и ротора. Всё это убрано в корпус и подсоединяется проводами к источнику электрической энергии. Ещё есть подшипники, но это вещь сугубо механическая и нас сейчас не особенно интересует.

Части двигателя

Статор — это неподвижная часть. Преимущественно неподвижная часть представлена постоянными магнитами. Но бывает и обратный вариант, когда на статоре выполнена обмотка. Различие обусловлено тем, в сети какого типа работает двигатель — постоянного или переменного тока.

Ротор — это подвижная часть, которая, как правило является якорем, а на нем выполнена обмотка. К ротору подходят щётки, на которые подается электрический ток.

Щетки подключаются проводами к источнику питания. Именно они «передают электричество». Но щетки есть не во всех конструкциях двигателей.

Вся конструкция смонтирована в корпус и в закрытом виде представляет собой готовый к работе силовой агрегат. Иногда на ротор двигателя ещё добавляется крыльчатка вентилятора, которая обеспечивает циркуляцию воздуха через агрегат и его дополнительное охлаждение. Так обычно монтируются двигатели постоянного тока.

На валу двигателя мы получаем крутящий момент, который прекрасно можно использовать для своих нужд. Например, передать его посредством зубчатой передачи на редуктор или использовать непосредственно для получения полезной работы (как в вентиляторе дома).

Женщина доила корову, а воде отражалось всё наоборот. Такое может быть и с конструкцией электродвигателя. Тогда намотка там будет на статоре, вместо ротора. Это уже будут двигатели переменного тока. Сам же ротор будет выполнен или из постоянных магнитов, или выглядеть как короткозамкнутая клетка (её ещё именуют беличье колесо).

Бывает также, что и статор, и ротор электродвигателя представляют собой обмотки. Тогда картина незначительно меняется. Правда смысл всё равно сохраняется прежним. Про принципы конструирования таких машин мы поговорим чуть позже.

Сравнение характеристик внешне коммутируемых электрических двигателей

Ниже представлены сравнительные характеристики внешне коммутируемых электродвигателей, в ракурсе применения в качестве тяговых электродвигателей в транспортных средствах.

Сравнение механических характеристик электродвигателей разных типов при ограниченном токе статора
Зависимость мощности от скорости вращения вала для двигателей разных типов при ограниченном токе статора

Параметр				СРД-ПМ	СДОВ
Постоянство мощности во всем диапазоне скоростей
Момент к току статора
Эффективность (КПД) во всем рабочем диапазоне
Вес

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

Аббревиатура:

АДКР —
СДПМП —
СДПМВ —

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

В соответствии с выше приведенными показателями гибридный синхронный электродвигатель, а именно синхронный реактивный электродвигатель со встроенными постоянными магнитами, является наиболее подходящим для применения в качестве тягового электродвигателя в автомобилестроении (выбор проводился для концепта автомобилей BMW i3 & BMW i8). Использование реактивного момента обеспечивает высокую мощность в верхнем диапазоне скоростей. Более того такой двигатель обеспечивает очень высокую эффективность (КПД) в широком рабочем диапазоне .

Характеристики трансмиссии

Одним из самых сложных и важнейших узлов любого автомобиля является трансмиссия. В нашем каталоге имеются все необходимые данные по типу привода на конкретной машине. Если какая-либо модель выпускалась с различным типом привода, то подобное указано в нашем каталоге, поэтому каких-либо сложностей с тем, чтобы определить передний, задний или полный привод у конкретной модели, у вас гарантированно не возникнет. Даются подробные сведения по типу привода в зависимости от года выпуска, объема двигателя, используемой коробки передач.

Многие производители устанавливали различные типы коробок передач на свои автомобили. Например, в базе можно было получить машину с механикой, а за доплату предлагались эти же модели с автоматической коробкой или вариатором. Вся такая информация имеется у нас в каталоге с подробным указанием конкретного типа и модели коробок передач на том или ином автомобиле.

Особенности эксплуатации и обслуживания автомобиля будут во многом зависеть от конкретного типа трансмиссии у машины

Важно не только знать, какой тип привода у автомобиля, но и модификацию коробки передач, от чего будет напрямую зависеть надежность автомобиля, а, следственно, и выбор автовладельцем той или иной машины. В нашем каталоге вы сможете найти всю полную информацию о коробке передач, типе привода и трансмиссии, причём такие данные взяты из технической документации, что и гарантирует их максимальную точность

Преимущества электроприводов

В завершение хотелось бы отметить главные достоинства двигателей, обеспечившие им такую популярность. Среди них

простота конструкции;
высокая ремонтопригодность;
большой выбор устройств с различной мощностью под любое оборудование, разные технические и бытовые задачи;
простота и удобство регулировки скорости вращения вала движка;
возможность автоматического управления устройствами;
быстродействие моторов;
постоянная готовность к старту;
возможность применения реверсивного (обратного) вращения;
для монтажа и техосмотра устройств не обязательны дорогостоящие услуги квалифицированных специалистов;
долгий срок эксплуатации;
высокий КПД;
устройства являются экологически чистым продуктом — они не загрязняют окружающую среду и не вредят здоровью человека.

Но главное преимущество электрического привода перед всеми прочими — его действия можно контролировать и регулировать на большом расстоянии от источника энергии и от устройства включения—выключения. Электромотор не создает такого шума и не несет прямой опасности для рабочих, как механические аналоги.

Двигатели постоянного тока

Электродвигатели постоянного тока объединяют широкий ассортимент устройств, обеспечивающих высокий КПД при трансформации электрической энергии в механическую. Для надежного соединения электрической цепи подвижной и неподвижной части электропривода постоянного тока используют щеточно-коллекторный узел. В зависимости от конструктивных особенностей щеточно-коллекторного узла, все электрические машины постоянного тока подразделяют на следующие группы:

В свою очередь коллекторные электродвигатели условно разделяют на следующие виды:

Устройства с независимым возбуждением характеризуются низкой мощностью, поэтому данные электроприводы используют для не ответственных операций с низкой нагрузкой. Машины с самовозбуждением подразделяют на:

Синхронные двигатели переменного тока

Как и в асинхронных электродвигателях, вращение ротора в синхронных машинах достигается взаимодействием полей ротора и статора. Скорость вращения ротора таких электрических машин равна частоте магнитного поля, создаваемого обмотками статора.

Обмотка неподвижной части двигателя рассчитана на питание от трехфазного напряжения. К электромагнитам ротора подключается постоянное напряжение. Различают явнополюсные и неявнополюсные обмотки. В синхронных двигателях малой мощности используют постоянные магниты.

Запуск и разгон синхронной машины осуществляется в асинхронном режиме. Для этого на роторе двигателя имеется обмотка конструкции “беличья клетка”. Постоянное напряжение подается на электромагниты только после разгона до номинальной частоты асинхронного режима. Синхронные двигатели имеют следующие особенности:

Постоянная скорость вращения при переменной нагрузке.
Высокий к.п.д. и коэффициент мощности.
Небольшая реактивная составляющая.
Допустимость перегрузки.

К недостаткам синхронных электродвигателей относятся:

Высокая цена, относительно сложная конструкция.
Сложный пуск.
Необходимость в источнике постоянного напряжения.
Сложность регулировки скорости вращения и момента на валу.

Все недостатки электрических машин переменного тока можно исправить установкой устройства плавного пуска или частотного преобразователя. Обоснование выбора того или иного устройства обусловлено экономической целесообразностью и требуемыми характеристиками электропривода.

Дизельный двигатель

Дизельный двигатель широко применяется в автомобилях повышенной грузоподъемности и стационарных силовых установках, которые работают обычно на постоянной скорости. Дизельный двигатель обладает высоким термическим КПД, поэтому отличается высокой экономичностью. В выхлопных газах дизельного двигателя содержится низкий процент углеводородов и окислов углерода. Такие характеристики делают его хорошей альтернативой поршневому бензиновому двигателю в автомобилях. По конструкции оба двигателя очень похожи. Дизельный двигатель тяжелей и дороже бензинового. У этих двигателей принципиально разные топливные системы и системы зажигания. В дизельном двигателе в камеру сгорания всасывается только воздух. Он сжимается поршнем во время такта сжатия до такой степени, что нагревается при этом до температуры примерно 1000°Ф (540°С). Когда поршень доходит до верхней мертвой точки, в камеру сгорания через топливную форсунку впрыскивается под давлением топливо. Под действием высокотемпературного сжатого воздуха топливо воспламеняется. Давление рабочего газа, образующегося в результате сгорания топлива, толкает поршень вниз, и он совершает рабочий такт. Коленчатый вал продолжает вращаться и заставляет поршень снова двигаться вверх, вытесняя отработавшие газы из камеры сгорания через выпускной клапан. Использование дизельного двигателя в легковых автомобилях сдерживается двумя факторами: высокой стоимостью двигателя и сложностью достижения очень низкой нормы окислов азота в выхлопных газах, регламентированной стандартами.

Подключение к однофазным и трехфазным источникам питания

По типу питающей сети электродвигатели переменного тока классифицируют на одно- и трехфазные.

Подключение асинхронных однофазных двигателей осуществляет очень легко – для этого достаточно подвести к двум выходам на корпусе фазный и нулевой провод однофазной 220В сети. Синхронные двигатели тоже можно запитывать от сети данного типа, однако подключение немного сложнее – необходимо соединить обмотки ротора и статора так, чтобы их контакты однополюсного намагничивания были расположены напротив друг друга.

Подключение к трехфазной сети представляется несколько более сложным

В первую очередь, следует обратить внимание, что клеммная коробка содержит 6 выводов – по паре на каждую из трех обмоток. Во-вторых, это дает возможность использовать один из двух способов подключения («звезда» и «треугольник»)

Неправильное подключение может привести в поломке двигатель от расплавления обмоток статора.

Главное функциональное отличие «звезды» и «треугольника» заключается в различном потреблении мощности, что сделано для возможности включения машины в трехфазные сети с различным линейным напряжением — 380В или 660В. В первом случае следует соединять обмотки по схеме «треугольник», а во втором – «звездой». Такое правило включения позволяет в обоих случаях иметь напряжение 380В на обмотках каждой фазы.

На панели подключения выводы обмоток располагаются таким образом, чтобы перемычки, используемых для включения, не перекрещивались между собой. Если коробка выводов двигателя содержит только три зажима, значит, он рассчитан для работы от одного напряжения, которое указано в технической документации, а обмотки соединены между собой внутри устройства.

Характеристики двигателя ВАЗ 21127/21129 1.6 16V Гранта, Калина 2, Приора, Веста

Параметр	Значение
Конфигурация	L
Число цилиндров	4
Объем, л	1,596
Диаметр цилиндра, мм	82
Ход поршня, мм	75,6
Степень сжатия	11
Число клапанов на цилиндр	4 (2-впуск; 2-выпуск)
Газораспределительный механизм	DOHC
Порядок работы цилиндров	1-3-4-2
Номинальная мощность двигателя / при частоте вращения коленчатого вала	78 кВт-(106,0 л.с.)/ 5800 об/мин
Максимальный крутящий момент / при частоте вращения коленчатого вала	148 Н·м / 4000 об/мин
Система питания	Распределенный впрыск с электронным управлением
Рекомендованное минимальное октановое число бензина	95
Экологические нормы	Евро 4 (Евро 5)
Вес, кг	116

Характеристики двигателя ВАЗ 21126 1.6 16V Приора, Гранта, Калина 2

Параметр	Значение
Конфигурация	L
Число цилиндров	4
Объем, л	1,597
Диаметр цилиндра, мм	82
Ход поршня, мм	75,6
Степень сжатия	11
Число клапанов на цилиндр	4 (2-впуск; 2-выпуск)
Газораспределительный механизм	DOHC
Порядок работы цилиндров	1-3-4-2
Номинальная мощность двигателя / при частоте вращения коленчатого вала	72 кВт-(98,0 л.с.) / 5600 об/мин
Максимальный крутящий момент / при частоте вращения коленчатого вала	145 Н·м / 4000 об/мин
Система питания	распределенный впрыск с электронным управлением
Рекомендованное минимальное октановое число бензина	95
Экологические нормы	Евро 4
Вес, кг	115

Как узнать частоту вращения вала двигателя

Для определения частоты по первому способу вам потребуется обычный китайский стрелочный мультиметр (аналоговый, не электронный!).

Определять частоту нужно при положении переключателя мультиметра в режиме измерения тока (100мА). Далее подключаете измерительные щупы в соответствующие разъемы:

один в COM (общий)

другой в V, Ом, мА (замер напряжения, сопротивления, тока)

Вскрываете распредкоробку БРНО (блок расключения начала обмоток движка).

Обязательно отключаете питание и проверяете на клеммах отсутствие напряжения!

После этого одним щупом дотрагиваетесь до начала обмотки (любой), а другим до провода, являющегося концом этой же обмотки. Чтобы ничего не перепутать ориентируйтесь по обозначениям на бирках.

Вручную медленно проворачиваете вал на один оборот. В этот момент стрелка на мультиметре начнет отклоняться от своего нулевого значения.

Причем несколько раз. Вам нужно посчитать количество таких отклонений. Что это в итоге дает?

Дело в том, что количество отклонений на один оборот вала соответствует количеству полюсов и напрямую связано с синхронной частотой вращения двигателя (1500 об/мин, 3000 об/мин и т.д.)

Вот таблица такой зависимости:

Помимо такого простейшего есть и более технологичный способ определения частоты вращения вала.

Мотор Ваз 2111

Как говорилось выше, двигатель Ваз 2111 – это начало эпохи распределенного впрыска топлива. Появление автомобилей «десятого семейства» позволило инженерам поработать в качественно новом направлении, и в целом, оно стало удачным, полностью изменив типовые параметры работы инжекторных двигателей Ваз.

Мотор 2111, как и его наследники 2112, 21114, 21124,21118 устанавливаются на моделях авто 2108, , 21099, , 2111, 2112, , в их различных модификациях, а так же на Lada Kalina. Многие владельцы старых карбюраторных авто, не изменяя своим любимцам, попросту ставят новый инжекторный агрегат в свои машины, чем продлевают им жизнь не на один десяток лет.

Что изменилось:

В пятнадцатилетний период эти агрегаты изменили свой объем от 1500 см3до 1800, а мощность увеличена на 20 л. с. И если мотор 2111 – это своеобразная модификация 21083 и 2110, отличающаяся дополнительными крепежными отверстиями для генератора, модулем зажигания и датчиком детонации, то, к примеру, двигатель Ваз 21124 – принципиально другой агрегат. Чиповый тюнинг двигателя Ваз берет распространение именно от него.
Единственный спорный момент в особенности этих двигателей Ваз заключается в увеличении количества клапанов с 8 до 16. И если задаваться вопросом, на каких же двигателях гнет клапана при обрыве ремня ГРМ, то нужно запомнить лишь одну модификацию двигателя: 2112, несмотря на то, что это один из самых распространенных для тюнинга двигатель Ваз.
Ко всему, двигатель Ваз 2112 имеет совершенно иные характеристики среди двигателей Ваза и иные типовые параметры работы инжекторных двигателей Ваз. В отличие от 2111, здесь увеличена мощность до 93 л. с. (2111 – 78), крутящий момент 127/3700 (115/3000), при уменьшенном объеме с 1600 до 1500 см3.
Здесь же появляется еще один распредвал, а также иная система подачи воздуха в цилиндры. Этот мотор, естественно, стал более мощным, но водителю скорее подойдет более спокойный и экономичный стиль езды ввиду крутящего момента на низких оборотах.
Отличие более поздних 21114 и 21124 заключаются в том, что у них была увеличена высота блока цилиндров на 2 мм, и ход коленвала с 71 вырос до 75,5. Эти технические характеристики определили добавление объема в двигатель Ваз до 1600 см3.
Плюс ко всему, немного видоизменилась топливная система с рампой форсунок, изживается магистраль возврата топлива, установлен каталитический нейтрализатор.
Принципиально новая система зажигания теперь представляет собой четырехвыводную катушку, а не модуль зажигания, как на 2111. Качество такого зажигания, безусловно, лучше, но могут появиться некоторые проблемы при заводе зимой, но это только с непривычки.

Чаще всего при выборе авто, учитывая технические характеристики, владельцы стараются избегать этот агрегат, но это делают лишь те, кто не очень кропотливо относится к уходу за мотором, так как избежать неприятностей можно своевременной заменой ремня, и к покупке этой части стоит относиться более ответственно.

При выборе ремня доверять можно только проверенному производителю, информацию о котором можно узнать в сети или же от знакомых, так как доверять продавцам в магазинах на 100% нельзя. Не исключены частые подделки известных фирм, что приводит к недооценке того или иного ремня. Соответственно, как минимум в срок, положенный по стандартным характеристикам ремень просто обязан проверяться владельцем.

Конструкция и принцип работы электродвигателя любого типа

Устройство и принцип действия любого электродвигателя достаточно просты и основаны на взаимодействии магнитных полей, которые создаются в неподвижной части электромотора или статора и в его подвижной части, размещенной на валу или ротора. Как правило, это классическая схема построения любого электромотора, хотя в технике встречаются и решения с вращающимся статором, однако сам принцип работы двигателя это не меняет.

Для создания магнитных полей, которые отталкиваются друг от другом, в результате чего приводится во вращение вал электромотора, могут использоваться:

постоянные магниты;
электромагниты постоянного тока;
электромагниты переменного тока;
электромагниты, магнитные поля в которых возникают за счет наведенных вихревых токов.

В любом случае каким бы ни был тип электродвигателя, одна система магнитных полей создается обязательно с помощью электромагнита либо обе системы полей ротора и статора создаются прохождением через их обмотки электрического тока.

В общем случае конструкция любого электромотора состоит из таких элементов:

корпуса, который служит основой для установки статора и ротора, а также имеет элементы для крепления моторов в устройстве, элементы коммутации для подключения электропитания, ребра охлаждения и другие элементы, решающие определенное конструктивные задачи;
магнитный или электромагнитный статор, который в большинстве промышленных решений представляет собой несколько катушек индуктивности соединенных по определенной схеме;
вала электродвигателя, размещенного в корпусе на подшипниках разного типа;
размещенный на валу ротора, который представляет собой систему электромагнитных катушек. В зависимости от типа электромотора она может иметь собственное электропитание, а может создавать электромагнитное поле за счет наведенных вихревых токов;
системы подключения электропитания к ротору. При наличии такой системы питания узел подключения катушек ротора к ней, как правило представляет собой главный элемент ненадежности, требующий периодическое обслуживания. Может представлять собой систему щеточного или кольцевого типа в зависимости от типа и назначения электромотора.

Именно конструктивные особенности, а также тип питания электродвигателя определяют его основные характеристики, особенности, преимущества и недостатки и основную область применением электромотора.

Эксплуатационные характеристики

Эксплуатационные характеристики автомобиля позволяют получить необходимую информацию о динамике машины, её максимальной скорости, затрачиваемом времени на разгон с места до 100км/ч, расходе топлива в условиях города и на трассе. В соответствующем разделе нашего каталога можно найти информацию о размере колесных дисков и шин для автомобиля, его полной допустимой и снаряженной массе, объёме топливного бака и другие полезные сведения.

Имеющиеся эксплуатационные характеристики машин позволят провести сравнение по мощности, топливной экономичности и ряду других показателей автомобилей. Такие данные и вся каталожная информация, предоставлены автопроизводителем или же взяты нами с технической документации к конкретным моделям и модификациям авто. Все это позволяет гарантировать актуальность предоставленных сведений.

Преимущества и недостатки электрических двигателей переменного тока

В наши дни среди всех электродвигателей устройства для переменного тока занимают лидирующую позицию по объему использования в силовых установках. Они обладают низкой себестоимостью, простой в обслуживании конструкцией и КПД не менее 90%. Кроме того, их устройство позволяет плавно изменять скорость вращения, не прибегая к помощи дополнительного оборудования вроде коробок передач.

Главным недостатком двигателей переменного тока с асинхронным принципом работы является тот факт, что регулировать их частоту вращения вала можно только изменяя входную частоту тока. Это не позволяет добиться постоянной скорости вращения, а также снижает мощность. Для асинхронных электродвигателей характерны высокие пусковые токи, но низкий пусковой момент. Для исправления этих недостатков применяется частотный привод, однако его цена противоречит одному из главных достоинств этих двигателей – низкой себестоимости.

Слабым местом синхронного двигателя является его сложная конструкция. Графитовые щетки довольно быстро выходят из строя под нагрузкой, а также теряют плотный контакт с коллектором из-за ослабления прижимной пружины. Кроме того, эти двигатели, как и асинхронные аналоги, не защищены от износа подшипников вала. К недостаткам также относится более сложный пуск, необходимость наличия источника постоянного тока и исключительно частотная регулировка частоты вращения.