Из какого мотоблока можно собрать электродвигатель на 220 вольт: Мотоблок на электрической тяге

Мотоблок на электрической тяге

У каждого крестьянина, живущего на своей земле, пусть даже и бедного, должен быть инструмент для её (земли) обработки. В начале у меня это была одна лопата, потом две, потом к ним добавились грабли и вилы, и, наконец, назрела необходимость приобретения механического устройства, в простонародье — мотоблока. Ну в самом деле, сколько ж можно спину на поле гнуть…. Культпоход по магазинам в поисках чего-то подходящего поверг меня в уныние, всё » подходящее» стоило от 20 тысяч билетов банка России. Или больше. И тут, как всегда меня выручила … куча металлолома, который собирает у нас деревне один мой хороший знакомый.

Итак, из этого металлолома мне досталось то, что осталось, а именно: рама с каркасом, кусок мотора и шнеки от мотоблока «Крот», который где – то.., когда-то.., в советские времена что – то… у кого-то… в огороде пахал. Понятное дело, что всё доставшееся находилось в плачевном состоянии, ну конечно, кто же хорошую вещь в металлолом сдаст!

Для изготовления мотоблока на электротяге мне понадобилось следующее:

1. Собственно, сам мотоблок в виде кучи старого металлолома
2. Электродвигатель от старого лифта на 4 кВт
3. Конденсаторы 1…3 мкф 400 В в количестве 70 штук.
4. Выключатель 250В 10А
5. Шнур с вилкой 5 м
6. Изолента 2 рулона
7. Болты, гайки для крепления двигателя к раме.
8. Дрель, свёрла.
9. Болгарка, сварка.

Перебрал редуктор, выправил кувалдой шнеки, и убрал всё лишнее, оставив только шкивы, раму и руль мотоблока. Даже не пытаясь восстановить разобранный двигатель, я сразу решил прикрутить вместо него …электромотор!

Тем более, что в гараже уже давно ржавел двигатель на 4 кВт от грузового лифта. Он тоже достался мне по случаю, когда в магазине у знакомого меняли грузовой лифт. Весь лифт забрать не удалось, мне достался только электромотор.

Как оказалось, мотор был трёхфазный, на 380 В, поэтому пришлось переделывать схему его подключения к однофазной сети 220В с помощью фазосдвигающего конденсатора.

Схем и формул для расчета в интернете на эту тему полно, после непродолжительного поиска и нескольких практических экспериментов я выбрал вот такую.

Проблема оказалась с конденсатором. Для надёжного пуска двигателя по расчётам нужен был конденсатор ёмкостью не менее 100 мкФ, на напряжение не менее 400В, а для работы хватило бы и 60 мкФ. Естественно, такого мощного конденсатора у меня не было. В «электронике» такие конденсаторы в продаже были, но это, во-первых, не наш путь, а во-вторых, за такие деньги мне здешний тракторист руками весь огород вспашет, не то, что своим трактором. Попробовал использовать электролитические конденсаторы в последовательном включении. Ввиду того, что использование электролитических конденсаторов в различных вариантах включения (и с диодами и без них) не дало положительного результата, эти схемы здесь приводить не буду. Может у кого-то и получилось, но у меня нет. Двигатель работал, но конденсаторы быстро начинали греться и взрывались. Пробовал я ставить бумажные конденсаторы, типа МБМ или БМТ, но в этом случае батарея конденсаторов становилась соизмерима с самим мотором. Помощь пришла неожиданно. .. из плат от сгоревших компьютерных блоков питания. В каждой из плат я нашел несколько керамических конденсаторов на 1 мкф 400 В. Перелопатив кучу сгоревших плат от блоков питания, и проверив все свои запасы радиодеталей, я набрал различных конденсаторов аж на 78 мкФ.


Все найденные конденсаторы я спаял параллельно в небольшие блоки, а блоки соединил между собой и вывел провода наружу. В итоге получилась батарея конденсаторов, которую я хорошенько замотал изолентой, герметизировал в полиэтиленовый пакет, засунул в пластиковую бутылку, потом в жестяную банку и прикрутил к мотору.

Затем соединил контакты в распределительной коробке согласно вышеприведенной схемы и проверил работу мотора.

Дальше всё было попроще: срезал болгаркой старый шкив, приварил прямо на вал двигателя новый шкив, подобрал подходящий ремень, установил натяжной ролик, отрегулировал на нём ручное сцепление… и элетрокультиватор готов!

Провода от двигателя я засунул в гофрошланг и протянул в трубке руля. Возле рукоятки поставил мощный выключатель, а шнур с вилкой вывел из другой рулевой трубки.

Выглядит, конечно это устройство монстрообразно, но у нас в деревне и не такие динозавры порой встречаются.

Ранее я много раз пользовался различными бензиновыми мотоблоками, брал их напрокат у друзей или соседей. Но теперь почувствовал, как говорится, разницу. Впечатления от работы — фантастические, пашет быстро, без шума и дыма, всем нравится и все хотят попробовать! Шестиметровую грядку в два прохода вспахивает за 7-8 минут. И стоимость эксплуатации такого электромотоблока в разы ниже и проще, чем бензинового.

По ходу работы выяснилась, что если приноровишься, то нисколько провод не мешает. Удлинитель у меня используется самодельный, на 30 м, из простого осветительного провода. И хорошо, что он не мощный, и не фирменный. Однажды я его (провод) всё-таки зажевал. Так он просто порвался, и мотоблок остановился. Даже автомат на щитке не сработал, и не заискрило ничего. Потом просто соединил концы, заизолировал, и снова в бой.

И ещё одна интересная деталь. Когда я хотел заточить режущие кромки у шнеков, то мой сосед, местный крестьянин, увидел, и меня отговорил. Дело в том, что если края у шнека острые, то корни сорняков (особенно вьюнок) перерезаются лопастями и потом очень быстро отрастают, причем вдвое большим количеством. А если края тупые, то корни и трава наматываются на шнеки, и потом её просто руками выковыриваешь и выбрасываешь. Вот такая прополка заодно с пахотой.

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Самодельные мотоблоки — особенности и инструкция по сборке

Чтобы обрабатывать земельный надел, требуется прикладывать огромное количество физических усилий. Некоторым аграриям физический труд доставляет удовольствие, поэтому их вполне устраивают в работе элементарные орудия труда.

Но большинство дачников для вспашки соток на приусадебном участке используют мотоблоки, которые собираются нередко собственными руками.

Блок: 1/5 | Кол-во символов: 468
Источник: https://stroy-podskazka.ru/motobloki/samodelnye/

Сборка мотоблока с нуля

Если вы собираетесь сконструировать полностью весь мотоблок своими руками или даже целый минитрактор, перед началом работ стоит подумать о целесообразности реализации такого проекта. Современный рынок может предложить пользователю множество моделей мотоблоков отечественного и китайского производства, чьи характеристики позволяют проводить работы низкой и средней трудности. При этом цена такой техники вполне доступна для множества пользователей. Так что проект по созданию своего мотоблока должен иметь такие преимущества:

• низкую стоимость;
• возможность использования при сборке старых запчастей от техники, автомобилей или мотоциклов;
• повышение характеристик в сравнении с заводским аналогом;
• дополнительный функционал.

Проект стоит реализовать, если хотя бы 3 из перечисленных пунктов были соблюдены. В противном случае задумка не стоит затрат и проще купить готовый мотоблок, даже б/у с последующим обновлением деталей.

Теперь о конструкции. Нужно найти чертеж, по которому будет производиться сборка самоделки. В чертеже будут указаны основные детали, особенности их монтажа, а также способ изготовления креплений для запчастей. Без документации невозможно будет воплотить проект, поэтому первостепенная задача — найти самый подходящий чертеж. После этого можно начинать подбор материалов.

Блок: 2/11 | Кол-во символов: 1312
Источник: https://smotri-dtp.ru/tjuning/motoblok-svoimi-rukami-iz-zadnego-mosta-vaz.html

Области применения

В силу того, что самодельные минитрактора во многом идентичны магазинным вариантам, таким как Уралец, Кубота, Булат 120, Уралец 160, Янмар по самым различным критериям, их сфера использования также будет довольно схожей.

Область применения

Любая подобная техника изготавливается исключительно для использования ее в сельскохозяйственной сфере, где основным требованием является эргономичность и надежность агрегатов.

Что же касается самодельных минитракторов, то, пожалуй, самым основным видом работ, которые они выполняют, является различная обработка почвы для дальнейшего ее использования. Данная область довольно обширна и включает в себя целый ряд специфических работ:

• культивирование почвы, а также удаление сорняков и прочей растительности с земли;
• формирование грядок;
• высадка картофеля при помощи специального навесного оборудования;
• выкапывание клубней картофеля и т.д.

Как мы видим, с помощью самодельных минитракторов можно выполнять фактически полный спектр земельных работ, главной целью которых является выращивание и сбор урожая.

Для села это первостепенная задача, ведь это единственный способ прокормить себя в этих условиях, отсюда и та незаменимость такой техники, которую многие отмечают. Однако, земельные работы – это не единственное, на что способны самодельные агрегаты.

Если немного потрудиться, продумав применение дополнительного навесного оборудования, то можно существенно расширить сферу применения подобной техники:

• кошение травы с целью заготовки сена;
• транспортировка различных грузов, а также уборка строительного и сельскохозяйственного мусора с участка;
• расчистка территории от снежных массивов и т. д.

Важно понимать, что дополнительное оборудование будет стоить определенных денег, но можно и его изготовить самостоятельно. Те же снегоуборщики и косилки для травы имеют вполне простую конструкцию, которую можно сделать из сподручных материалов и средств.

В строительстве

Благо, в интернете присутствует достаточное количество схем и чертежей, облегчающих фермеру эту задачу.

Блок: 2/5 | Кол-во символов: 2034
Источник: https://MachinSpec.com/selskoxozyajstvennaya/traktor/minitraktor/peredelka-svoimi-rukami.html

Инструкция

Не существует единой рекомендации, из чего же изготавливать самодельный минитрактор? На это влияет достаточно много факторов, главный из которых – наличие у вас той или иной техники в хозяйстве, которую можно использовать за основу будущего самодельного агрегата.

Поэтому, целесообразно будет рассмотреть самые различные варианты изготовления в домашних условиях, среди которых каждый может почерпнуть что-то полезное конкретно для себя.

На базе мотоцикла Урал

Самодельные минитрактора из мотоцикла Урал являются довольно распространенным способом в силу того, что подобные мотоциклы обладают достаточно мощным двигателем, который вполне подходит для использования в минитракторе.

На базе мотоцикла Урал

Подобные самодельные изделия могут принимать самую различную форму, напоминающую многие заводские трактора, но общее в них одно – это довольно большая переделка рамы мотоцикла. Это вполне объяснимо ведь исходный мотоцикл мало чем напоминает минитрактор как таковой.

Основная работа по переделке рамы заключается в поднятии базы, а также смещением центра тяжести к центру искомого агрегата.

Также нужно позаботиться о дополнительной колесной паре, ведь задние колеса должны большего диаметра, чем передние. Не лишним будет и применение дополнительного понижающего редуктора, но можно обойтись и заводской передачей мотоцикла.

В качестве рулевого управления можно оставить заводской вариант от мотоцикла, но можно заменить и на автомобильный руль от ГАЗ-53.

Более подробно о самодельном минитракторе на базе мотоцикла Урал смотрите на видео:

На базе ЛуАЗа

Понятно, что из автомобиля ЛуАЗ будут взяты далеко не все компоненты и запчасти, но основные составляющие, такие как трансмиссия, тормозная система, а также КПП были взяты от искомого автомобиля.

Самодельный минитрактор из ЛуАЗа своими руками будет включать в себя несколько основных рабочих узлов:

• Рамная конструкция, сваренная из швеллера. При желании, раму можно немного удлинить, если будет использоваться другой двигатель.
• Задний мост сделан самостоятельно, с использованием полуосей от трактора Т-25.
• Диски для колес изготавливаются из обода от ГАЗ-21, с использованием внутренних частей ЛуАЗовских дисков.
• В качестве переднего моста были взяты части моста от Т-25, на которые были установлены самодельные ступицы и колеса от ворошилки.
• В качестве двигателя используется УД-25, который соединяется с КПП через пару последовательных клиноременных передач с передаточным числом 3. Сцепление, в данном случае, включается посредством натяжения ремня.
• Рулевое управление можно взять от автомобиля ВАЗ 2105, либо оставить ЛуАЗовский вариант.

Отдельного рассмотрения заслуживает механизм присоединения дополнительного навесного оборудования, без которого спектр работ минитрактора достаточно ограничен.

Вот подробный перечень всех манипуляций по изготовлению данного механизма:

• В качестве базы был использован гидроцилиндр от старой сельскохозяйственной техники. В искомом виде его использовать нельзя, поэтому его нужно немного укоротить.
• Гидроцилиндр нужно располагать чуть правее от центра конструкции. Это позволяет сделать в задней части рамной конструкции отверстие, через которое будет привод заднего моста к дополнительному оборудованию, т.е вал отбора мощности. Ниже на фото показано все более подробно.

На базе Оки

Самодельные минитрактора из Оки фактически ничем не отличаются от подобных самодельных агрегатов, сделанных из прочих советских автомобилей. Процесс изготовления будет следующим:

• На первоначальном этапе нужно изготовить рамную конструкцию. Для этих целей подойдет листовое железо, а также металлические балки швеллера. Сама конструкция представляет собой стандартную прямоугольную форму, сваренную из металлических уголков.
• Конструкции заднего и переднего моста будут изготовлены из составляющих частей Оки, что также довольно удобно.

Самодельный агрегат будет компоноваться с двигателем Ока, который представляет собой половинчатый двигатель, вполне подходящий для применения в конструкции минитрактора, поэтому не нужно думать о приобретении другого мотора. Однако, используя его, нужно дополнительно предусмотреть несколько нюансов:

• необходимо увеличить колесный просвет агрегата для лучшей проходимости;
• усилить передние и задние лонжероны, ведь на них будет основная нагрузка в работе;
• также необходимо предусмотреть механизм сцепки, к которому бы устанавливалось дополнительное навесное оборудование.

Самодельный минитрактор из Оки своими руками, чертежи которого представлены выше, является довольно оптимальным решением не только по изготовлению качественного самодельного агрегата, но и по реализации вышедшей из строя Оки.

В принципе, если у вас нет этого автомобиля, его можно приобрести за довольно небольшие деньги. При этом, покупать автомобиль «на ходу» совсем необязательно, ведь в конструкции минитрактора будут использоваться лишь отдельные комплектующие автомобиля, поэтому можно существенно сэкономить на покупке.

С двигателем УД 2

Самодельный минитрактор с двигателем УД 2 способен выполнять не только сельскохозяйственные работы, но и работы по транспортировке различных грузов. В качестве сцепления используется пара клиновых ремней, которые передают вращение шкиву, расположенному на валу коробки передач.

С двигателем УД2

Сам двигатель УД 2 обладает мощностью 8 л.с., что, вкупе с воздушных охлаждением и 4-тактной системой, становится оптимальным решением для самодельного минитрактора. Кроме того, данный агрегат имеет в своем наличии несколько основных рабочих узлов:

• Коробка передач от ГАЗ-51.
• Задний мост, взятый также от ГАЗ-51. Его нужно немного укоротить, в соответствии с параметрами минитрактора.
• Коробка передач и задний мост соединяются роликовой цепью 19 мм. Звездочки можно использовать от старой сельскохозяйственной техники. Ведущая звездочка соединяется с фланцем вторичного вала коробки передач и диском тормоза при помощи четырех болтов М8.
• Что касается ведомой звездочки, то она соединяется с фланцем шестерни моста при помощи четырех болтов М10.
• В качестве переднего моста можно использовать компоненты от Т-16, которые также нужно немного подогнать под размеры минитрактора.
• Рулевая колонка, редуктор и рулевые тяги можно взять от старого автомобиля Москвич.
• Сама рамная конструкция дово

Как сделать бензогенератор своими руками на 220 вольт и что для этого нужно?

Пользу от собственного бензогенератора искать нет надобности, она лежит на поверхности.

Владельцы гаражей, дачных участков, частных домов (при условии, что эти объекты имеют ненадежное энергообеспечение, или не электрифицированы вовсе) давно оценили преимущества резервного электропитания.

Даже если вы живете в коттеджном поселке с нормальным подводом электричества, возможны аварийные ситуации. Пропадание энергии на продолжительное время приведет к порче продуктов в холодильнике летом, и нарушениям в работе отопительного котла зимой.

Поэтому многие домовладельцы приобретают промышленные генераторы, стоимость которых не назовешь экономной.

Еще одно направление для мобильных электростанций – туризм, экспедиции и выполнение работ с помощью электроинструмента в автономном режиме.

Этот полезный прибор не относится к слишком сложным устройствам, поэтому бензогенератор вполне можно собрать своими руками, в том числе и на 220 в.

Разумеется, главная причина такого решения – стремление экономить. Если вы будете приобретать компоненты для мобильной электростанции в магазине – затраты на детали превысят экономию на сборке.

Поэтому, рентабельным самодельный бензогенератор станет, лишь при наличии условно бесплатных компонентов.

Самыми дорогими запчастями являются: привод (бензиновый двигатель) и электромотор, который выступит в роли генератора. Именно их необходимо подобрать из имеющегося в запасниках «хлама».

Какую силовую установку можно подобрать для генератора?

Прежде всего – мощность. В мобильных энергоустановках применяется следующее соотношение: на каждый киловатт вырабатываемой электроэнергии (не в пиковом, а в штатном режиме) подается 2-3 л/с двигателя.

Важно! Эта пропорция работает при грамотно подобранных компонентах и минимальными потерями. Следует помнить, что даже самый недорогой генератор из «Поднебесной» спроектирован инженерами. 

Как правило, бензогенераторы разрабатываются в комплексе, то есть под определенный мотор разрабатывается генерирующий элемент. Для самодельной установки следует выбирать коэффициент 2-4 л/с на 1 киловатт энергии. В противном случае, при полной нагрузке двигатель быстро выйдет из строя.

На практике, собирая электростанцию «из того, что было», домашние мастера зачастую устанавливают пару мотор/генератор без предварительного расчета. Порой встречаются варианты «сращивания» достаточно мощного двигателя, по случаю купленного за бутылку самогона у знакомого прапорщика, с моторчиком от швейной машинки. И наоборот.

Рекомендуется собрать максимально много технической информации о компонентах, прежде чем рассчитывать их совместимость.

Важно! При расчете пары генератор/двигатель следует учитывать конечную мощность нагрузки (с учетом электрического обвеса и потерь на преобразовании), а не чистую мощность на обмотке генератора.

Двигатель от бензопилы или триммера

Неприхотливый механизм, очень простой в обслуживании. Как правило, двухтактный.

В такой схеме есть как преимущества, так и недостатки. С одной стороны вас не беспокоит вопрос, какое масло заливать в бензогенератор (оно добавляется в бензин, как на старых мопедах). Техническое обслуживание фактически отсутствует, как класс.

С другой стороны – высокий расход топлива и резкий запах из глушителя. Отвод выхлопных газов от бензогенератора обязателен, особенно если он расположен возле жилища.

Мощность не превышает нескольких л/с, соответственно генератора хватит для освещения, поддержания работоспособности насоса котла отопления и зарядки для мобильника. При малой нагрузке может проработать пару часов.

Мотор от колесной газонокосилки

Такие агрегаты у нас не очень распространены, однако подходящий экземпляр мотора от сломанного агрегата найти можно.

Мощность достигает 3-5 л/с, это уже заявка на полноценное питание для дачного домика. Можно даже небольшой холодильник включить. Попадаются четырехтактные модели. Это позволяет сэкономить топливо, получит более экологичный выхлоп, да и шума от таких моторов меньше. Обслуживание более сложное, однако, этот факт нивелирует высокая надежность, и возможность работать 4-6 часов под нагрузкой.

Двигатель от мопеда (мотоцикла)

Мопедный мотор подойдет для генераторов средней мощности. В зависимости от модели, можно снять мощность 2-3 кВт.

Двигатель от мотоцикла (типа «Ява» или «ИЖ») — это вообще находка для генератора.

Мощность более 25 л/с позволяет смело подключать генерирующую установку 5 кВт. Это полноценный источник питания для частного дома. Если использовать еще и коробку передач, вы получите относительно экономичную установку. Обкатка генератора позволит выяснить, на какой скорости вырабатывается мощность с эффективной нагрузкой.

Главное достоинство таких моторов – простота обслуживания и возможность работать продолжительное время. Пожалуй, самый доступный (в плане поиска) вариант.

Важно! При использовании таких моторов необходимо предусмотреть принудительную вентиляцию.

Иначе можно перегреть цилиндры. Двигатели для мопедов и мотоциклов рассчитаны на эксплуатацию в набегающем потоке воздуха.

Автомобильный мотор

Пусть это не покажется слишком амбициозной идеей. Найти на авторынке двигатель от «Москвича» или «Запорожца» не составит труда. Стоимость копеечная, можно купить сразу два, на запчасти.

Ремонтируются такие агрегаты изолентой и пассатижами. Если уважаемый читатель иного мнения – для вас данный материал не руководство к действию, а просто интересная информация.

Переделка такого мотора в привод для бензогенератора своими руками, не представляет сложности. Установить на прочный фундамент, вывести педаль газа и сцепления на ручной привод, и можно использовать даже коробку передач.

Главное преимущество – фактически неограниченный период работы. Охлаждение мотора от ЗАЗ воздушное, он сам себя обдувает. Вам не придется даже подключать электростартер для бензогенератора своими руками, мотор просто заводится ключом от штатной системы запуска.

Мощность 30-40 л/с позволяет собрать генератор 10 кВт. Правда это будет скорее стационарный, чем мобильный вариант.

Как сделать бензогенератор, имея готовую силовую установку?

Ответ лежит на поверхности – подключить генератор к бензиновому мотору. Где его взять? Любой электромотор, при правильной организации системы возбуждения обмоток, становится генератором.

Есть два направления создания самодельных генераторов:

Генератор постоянного тока

Он получает крутящий момент от двигателя вашей машины, и вырабатывает напряжение постоянного тока 14 вольт.

Ничего не надо изобретать. Достаточно посмотреть мощностные характеристики, и подобрать небольшой двигатель из перечисленных выше.

Главное условие – исправный регулятор напряжения и желательно «живые» обмотки. Впрочем, если вам достался сгоревший экземпляр – не беда. Как снять якорь с электроустановки бензогенератора, знает любой радиолюбитель.

Перемотать обмотку можно за один вечер. В принципе, если вы самостоятельно сможете собрать мини электростанцию, можно садиться писать книгу: «Неисправности бензогенератора и способы их устранения». Это крайне полезный опыт.

Поломка источника электроэнергии в чистом поле – это проблема. А знакомый с устройством «Кулибин», сможет восстановить работу без вызова мастера.

Единственный недостаток, правда, существенный – напряжение 12-14 вольт. Освещение, зарядка мобильных устройств, подключение музыки и компьютера – без проблем. Но для дома необходимо 220 вольт. Выручит преобразователь напряжения, например, от старого бесперебойника.

Двигатель переменного тока

Тут ситуация сложнее (правда и дешевле, нет необходимости искать преобразователь). Любой электромотор можно сделать генератором, подключив его к приводу.

Есть нюансы. Для возбуждения обмоток в режиме генератора, необходима конденсаторная схема (см. рисунок) и точный подбор оборотов.

Если вы дочитали до этого места – нет смысла объяснять, как из 3-х фазного источника 380В получить одну фазу 220В. Это тема отдельной статьи.

Для измерения оборотов потребуется тахометр. Вы подключаете мотор к сети, и замеряете скорость вращения. Добавляете к полученным оборотам 5%-10%, и получаете оптимальную скорость вращения вала для возбуждения обмоток генератора.

Самодельный бензогенератор на 220 вольт из движка от ГАЗ 21 и генератора переменного тока на 15 кВт — видео

Вывод:

Собрать автономный источник энергии возможно. И при определенном старании – практически бесплатно.

About sposport

View all posts by sposport

Электродвигатель | Британника

Самый простой тип асинхронного двигателя показан на рисунке в разрезе. Трехфазный набор обмоток статора вставлен в пазы в железе статора. Эти обмотки могут быть подключены по схеме «звезда», обычно без внешнего подключения к нейтральной точке, или по схеме «треугольник». Ротор состоит из цилиндрического стального сердечника с проводниками, размещенными в пазах по всей поверхности. В наиболее обычном виде эти проводники ротора соединяются вместе на каждом конце ротора токопроводящим концевым кольцом.

Поперечное сечение трехфазного асинхронного двигателя.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Основы работы асинхронного двигателя можно разработать, сначала предположив, что обмотки статора подключены к трехфазному источнику питания и что набор из трех синусоидальных токов, показанных на рисунке, протекает в обмотках статора. На этом рисунке показано влияние этих токов на создание магнитного поля в воздушном зазоре машины в течение шести мгновений в цикле.Для простоты показана только центральная токопроводящая петля для каждой фазной обмотки. В момент t ₁ на рисунке ток в фазе a является максимально положительным, а в фазах b и c — вдвое отрицательным. Результатом является магнитное поле с приблизительно синусоидальным распределением вокруг воздушного зазора с максимальным значением наружу вверху и максимальным значением внутрь внизу. В момент времени t ₂ на рисунке (т.е.е., одна шестая цикла позже), ток в фазе c является максимально отрицательным, в то время как ток в фазе b и фазе a имеет положительное значение на половину. Результат, как показано на рисунке для t ₂ , снова представляет собой синусоидально распределенное магнитное поле, но повернутое на 60 ° против часовой стрелки. Изучение распределения тока для т ₃ , т ₄ , т ₅ и т ₆ показывает, что магнитное поле продолжает вращаться с течением времени.Поле совершает один оборот за один цикл токов статора. Таким образом, совокупный эффект трех равных синусоидальных токов, равномерно смещенных во времени и текущих в трех обмотках статора, равномерно смещенных в угловом положении, должен создать вращающееся магнитное поле с постоянной величиной и механической угловой скоростью, которая зависит от частоты электроснабжение.

Сэкономьте 50% на подписке Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сегодня

Вращательное движение магнитного поля относительно проводников ротора вызывает индуцирование в каждом из них напряжения, пропорционального величине и скорости поля относительно проводников.Поскольку проводники ротора закорочены друг с другом на каждом конце, это приведет к протеканию токов в этих проводниках. В простейшем режиме работы эти токи будут примерно равны индуцированному напряжению, деленному на сопротивление проводника. На этом рисунке представлена ​​диаграмма токов ротора за момент времени t ₁ рисунка. Видно, что токи приблизительно синусоидально распределены по периферии ротора и расположены так, чтобы создавать вращающий момент против часовой стрелки на роторе (т.е.е. крутящий момент в том же направлении, что и вращение поля). Этот крутящий момент ускоряет ротор и вращает механическую нагрузку. По мере увеличения скорости вращения ротора его скорость относительно скорости вращающегося поля уменьшается. Таким образом, индуцированное напряжение снижается, что приводит к пропорциональному снижению тока в проводнике ротора и крутящего момента. Скорость ротора достигает постоянного значения, когда крутящий момент, создаваемый токами ротора, равен крутящему моменту, необходимому на этой скорости для нагрузки, при отсутствии избыточного крутящего момента для ускорения объединенной инерции нагрузки и двигателя.

Вращающееся поле и токи, которые оно создает в короткозамкнутых проводниках ротора.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Механическая выходная мощность должна обеспечиваться входной электрической мощностью. Исходные токи статора, показанные на рисунке, достаточны только для создания вращающегося магнитного поля. Чтобы поддерживать это вращающееся поле при наличии токов ротора, показанных на рисунке, необходимо, чтобы обмотки статора несли дополнительную составляющую синусоидального тока такой величины и фазы, чтобы нейтрализовать влияние магнитного поля, которое в противном случае могло бы возникнуть. токами ротора на рисунке.Общий ток статора в каждой фазной обмотке является суммой синусоидальной составляющей, создающей магнитное поле, и другой синусоиды, опережающей первую на четверть цикла, или 90 °, для обеспечения необходимой электроэнергии. Вторая, или силовая, составляющая тока находится в фазе с напряжением, приложенным к статору, в то время как первая, или намагничивающая, составляющая отстает от приложенного напряжения на четверть цикла или 90 °. При номинальной нагрузке эта намагничивающая составляющая обычно находится в диапазоне 0.От 4 до 0,6 величины силовой составляющей.

Большинство трехфазных асинхронных двигателей работают с обмотками статора, подключенными непосредственно к трехфазному источнику питания постоянного напряжения и постоянной частоты. Типичные напряжения питания находятся в диапазоне от 230 вольт между фазами для двигателей относительно небольшой мощности (например, от 0,5 до 50 киловатт) до около 15 киловольт между фазами для двигателей большой мощности и до около 10 мегаватт.

За исключением небольшого падения напряжения на сопротивлении обмотки статора, напряжение питания согласуется со скоростью изменения магнитного потока в статоре машины во времени.Таким образом, при питании с постоянной частотой и постоянным напряжением величина вращающегося магнитного поля остается постоянной, а крутящий момент примерно пропорционален силовой составляющей тока питания.

В асинхронном двигателе, показанном на предыдущих рисунках, магнитное поле вращается на один оборот за каждый цикл частоты питания. Для источника с частотой 60 Гц скорость поля составляет 60 оборотов в секунду или 3600 оборотов в минуту. Скорость ротора меньше скорости поля на величину, достаточную для того, чтобы индуцировать необходимое напряжение в проводниках ротора для создания тока ротора, необходимого для момента нагрузки.При полной нагрузке скорость обычно на 0,5–5 процентов ниже полевой скорости (часто называемой синхронной скоростью), причем более высокий процент применяется к двигателям меньшего размера. Эта разница в скорости часто называется скольжением.

Другие синхронные скорости могут быть получены с источником постоянной частоты путем создания машины с большим количеством пар магнитных полюсов, в отличие от двухполюсной конструкции, показанной на рисунке. Возможные значения скорости магнитного поля в оборотах в минуту: 120 f / p , где f — частота в герцах (циклов в секунду), а p — количество полюсов (которое должно быть четное число).Данный железный каркас может быть намотан для любого из нескольких возможных количеств пар полюсов с помощью катушек, охватывающих угол приблизительно (360/ p ) °. Крутящий момент, поступающий от рамы машины, останется неизменным, поскольку он пропорционален произведению магнитного поля и допустимого тока катушки. Таким образом, номинальная мощность рамы, являющаяся произведением крутящего момента и скорости, будет примерно обратно пропорциональна количеству пар полюсов. Наиболее распространенные синхронные скорости для двигателей с частотой 60 Гц — 1800 и 1200 оборотов в минуту.

ответов для автомобиля

Автомобиль

А

В настоящее время в мире насчитывается более 700 миллионов автомобилей, и их число ежегодно увеличивается более чем на 40 миллионов. Среднее расстояние, которое проезжают автомобилисты, также увеличивается — с 8 км в день на человека в Западной Европе в 1965 году до 25 км в день в 1995 году. Эта зависимость от автомобилей породила серьезные проблемы, включая загрязнение окружающей среды и истощение запасов нефти. ресурсы, пробки и безопасность.

Б

Хотя выбросы от новых автомобилей гораздо менее вредны, чем раньше, городские улицы и автомагистрали становятся более переполненными, чем когда-либо, часто старыми грузовиками, автобусами и такси, которые выделяют чрезмерно высокий уровень дыма и дыма. Такая концентрация транспортных средств делает воздух в городах неприятным, а иногда и опасным для дыхания. Даже Москва вошла в список столиц, страдающих от пробок и автомобильного дыма. В Мехико автомобильное загрязнение представляет собой серьезную опасность для здоровья.

К

Еще сто лет назад большинство путешествий было на расстояние 20 км, расстояние, на которое легко добраться на лошади. Тяжелые грузы можно было перевозить только по воде или по железной дороге. Изобретение автомобиля принесло личную мобильность в массы и сделало возможной быструю доставку грузов на гораздо более обширную территорию. Сегодня около 90% внутренних грузовых перевозок в Соединенном Королевстве осуществляется автомобильным транспортом. Ясно, что мир не может вернуться к конной повозке. Сможет ли он избежать попадания в затруднительные и загрязняющие окружающую среду пути перевозки людей и товаров?

Д

В Европе большинство городов по-прежнему рассчитаны на использование старых видов транспорта.Адаптация к автомобилю включала добавление кольцевых дорог, систем с односторонним движением и парковок. В Соединенных Штатах больше земли отводится под автомобили, чем под жилье. Разрастание городов означает, что жизнь без машины практически невозможна. Массовое использование автомобилей также привело к гибели или ранению миллионов людей. Автомобиль приписывают и другим социальным эффектам, таким как отчуждение и агрессивное поведение человека.

E

Исследование, проведенное Европейской федерацией транспорта и окружающей среды в 1993 году, показало, что автомобильный транспорт в семь раз дороже, чем поездка по железной дороге, с точки зрения внешних социальных издержек, которые он влечет, таких как заторы, аварии, загрязнение, потеря пахотных земель и естественной среды обитания, истощение нефтяные ресурсы и так далее.И все же автомобили легко превосходят поезда или автобусы как гибкий и удобный вид личного транспорта. Нереально ожидать, что люди откажутся от личных автомобилей в пользу общественного транспорта.

Ф.

Технические решения могут уменьшить проблему загрязнения и повысить топливную экономичность двигателей. Но расход топлива и выбросы выхлопных газов зависят от того, какие автомобили предпочитают клиенты и как они управляются.

История электромобилей

Представленные более 100 лет назад, электромобили сегодня становятся все популярнее по многим из тех же причин, по которым они были популярны вначале.

Будь то гибрид, подключаемый гибрид или полностью электрический, спрос на автомобили с электроприводом будет продолжать расти, поскольку цены падают, а потребители ищут способы сэкономить деньги на насосе. Согласно отчету Navigant Research, в настоящее время более 3 процентов продаж новых автомобилей во всем мире могут вырасти почти до 7 процентов — или 6,6 миллиона в год — продаж электромобилей к 2020 году.

В связи с растущим интересом к электромобилям мы смотрим на то, где эта технология была и где она развивается.Отправляйтесь в прошлое вместе с нами, исследуя историю электромобиля.

Рождение электромобиля

Трудно отнести изобретение электромобиля к одному изобретателю или стране. Вместо этого это была серия прорывов — от батареи до электродвигателя — в 1800-х годах, которые привели к появлению первого электромобиля на дороге.

В начале века новаторы в Венгрии, Нидерландах и Соединенных Штатах, в том числе кузнец из Вермонта, начали разрабатывать концепцию автомобиля с батарейным питанием и создали одни из первых небольших электромобилей. машины.И хотя британский изобретатель Роберт Андерсон примерно в это же время разработал первый примитивный электромобиль, французские и английские изобретатели построили одни из первых практических электромобилей только во второй половине XIX века.

Здесь, в США, первый успешный электромобиль дебютировал около 1890 года благодаря Уильяму Моррисону, химику, жившему в Де-Мойне, штат Айова. Его шестиместный автомобиль, способный развивать максимальную скорость 14 миль в час, был немногим больше, чем электрифицированный фургон, но он помог пробудить интерес к электромобилям.

В течение следующих нескольких лет в США начали появляться электромобили от различных автопроизводителей. Парк Нью-Йорка даже насчитывал более 60 электрических такси. К 1900 году электромобили достигли своего расцвета, составляя около трети всех транспортных средств на дорогах. В течение следующих 10 лет они продолжали демонстрировать высокие продажи.

Ранний взлет и падение электромобиля

Чтобы понять популярность электромобилей примерно в 1900 году, также важно понимать развитие личного автомобиля и других доступных опций.На рубеже 20-го века лошадь все еще была основным средством передвижения. Но когда американцы стали более зажиточными, они обратились к недавно изобретенному автомобилю — доступному в паровой, бензиновой или электрической версиях — для передвижения.

Пар был испытанным и надежным источником энергии, доказавшим свою надежность для питания заводов и поездов. Некоторые из первых самоходных машин в конце 1700-х годов работали на пару; тем не менее, только в 1870-х годах технология закрепилась в автомобилях.Отчасти это связано с тем, что пар был не очень практичным для личных автомобилей. Паровозам требовалось длительное время запуска — иногда до 45 минут на морозе — и их нужно было доливать водой, что ограничивало их диапазон.

С появлением электромобилей на рынке появился новый тип транспортных средств — автомобили с бензиновым двигателем — благодаря усовершенствованиям двигателя внутреннего сгорания в 1800-х годах. Хотя бензиновые автомобили были многообещающими, они не были лишены недостатков. Для управления ими требовалось много ручного труда — переключение передач было непростой задачей, и их нужно было запускать с помощью рукоятки, что усложняло управление ими.К тому же они были шумными, и их выхлоп был неприятным.

Электромобили не имели проблем, связанных с паром или бензином. Они были тихими, легкими в управлении и не выделяли вонючего загрязнителя, как другие автомобили того времени. Электромобили быстро стали популярны у городских жителей, особенно у женщин. Они идеально подходили для коротких поездок по городу, а плохие дорожные условия за пределами города означали, что немногие автомобили любого типа могли рисковать дальше. По мере того как в 1910-е годы все больше людей получали доступ к электричеству, стало легче заряжать электромобили, что повысило их популярность во всех сферах жизни (включая некоторых из «самых известных и выдающихся производителей бензиновых автомобилей», как 1911 New York Times статьи).

Многие новаторы в то время обратили внимание на высокий спрос на электромобили, исследуя способы улучшения технологии. Например, Фердинанд Порше, основатель одноименной компании по производству спортивных автомобилей, в 1898 году разработал электромобиль под названием P1. Примерно в то же время он создал первый в мире гибридный электромобиль — автомобиль, работающий от электричества и газовый двигатель. Томас Эдисон, один из самых плодовитых изобретателей в мире, считал, что электромобили являются передовой технологией, и работал над созданием более совершенной батареи для электромобилей.Даже Генри Форд, друживший с Эдисоном, в 1914 году сотрудничал с Эдисоном, чтобы изучить варианты недорогого электромобиля, согласно Wired .

Тем не менее, именно серийная модель T Генри Форда нанесла удар по электромобилю. Представленная в 1908 году модель T сделала автомобили с бензиновым двигателем широко доступными и доступными. К 1912 году бензиновый автомобиль стоил всего 650 долларов, а электрический родстер продавался за 1750 долларов. В том же году Чарльз Кеттеринг представил электрический стартер, избавив от необходимости использовать ручную рукоятку и увеличив продажи автомобилей с бензиновым двигателем.

Другие события также способствовали упадку электромобилей. К 1920-м годам в США была лучшая система дорог, соединяющих города, и американцы хотели выбраться и исследовать территорию. С открытием техасской сырой нефти газ стал дешевым и легкодоступным для сельских жителей Америки, и по всей стране начали появляться заправочные станции. Для сравнения: в то время очень немногие американцы за пределами городов имели электричество. В конце концов, к 1935 году электромобили практически исчезли.

Нехватка газа пробуждает интерес к электромобилям

В течение следующих 30 лет или около того электромобили вступили в своего рода темные века с небольшим прогрессом в технологиях. Дешевый бензин в больших количествах и постоянное совершенствование двигателей внутреннего сгорания сдерживали спрос на автомобили, работающие на альтернативном топливе.

Перенесемся в конец 1960-х — начало 1970-х годов. Стремительный рост цен на нефть и нехватка бензина, пик которых наступил после арабского нефтяного эмбарго 1973 года, вызвали растущий интерес к снижению U.Зависимость С. от иностранной нефти и поиск местных источников топлива. Конгресс принял к сведению и принял Закон об исследованиях, разработках и демонстрациях электрических и гибридных транспортных средств от 1976 года, уполномочивающий Министерство энергетики поддерживать исследования и разработки в области электрических и гибридных транспортных средств.

Примерно в то же время многие крупные и мелкие автопроизводители начали изучать варианты транспортных средств на альтернативном топливе, включая электромобили. Например, General Motors разработала прототип городского электромобиля, который был показан на Первом симпозиуме Агентства по охране окружающей среды по разработке энергосистем с низким уровнем загрязнения окружающей среды в 1973 году, а American Motor Company произвела электрические джипы, которые Почтовая служба США использовала в Программа испытаний 1975 года.Даже НАСА помогло поднять популярность электромобиля, когда его электрический луноход стал первым пилотируемым транспортным средством, совершившим поездку на Луну в 1971 году.

Тем не менее, автомобили, разработанные и произведенные в 1970-х годах, все еще имели недостатки по сравнению с автомобилями с бензиновым двигателем. . Электромобили в то время имели ограниченную производительность — обычно достигая максимальной скорости 45 миль в час — а их типичный диапазон был ограничен 40 милями до того, как потребовалась подзарядка.

Забота об окружающей среде двигает электромобили вперед

Снова перенесемся — на этот раз в 1990-е годы.За 20 лет после длинных газопроводов 1970-х годов интерес к электромобилям в основном угас. Но новые правила на федеральном уровне и уровне штата начинают менять положение вещей. Принятие поправки к Закону о чистом воздухе 1990 года и Закона об энергетической политике 1992 года, а также новых правил выбросов при транспортных средствах, выпущенных Калифорнийским советом по воздушным ресурсам, помогли возобновить интерес к электромобилям в США.

преобразование некоторых из своих популярных моделей автомобилей в электромобили.Это означало, что электромобили теперь достигли скорости и производительности намного ближе к автомобилям с бензиновым двигателем, и многие из них имели запас хода в 60 миль.

Одним из самых известных электромобилей того времени был GM EV1, автомобиль, который широко показан в документальном фильме 2006 года Кто убил электромобиль? Вместо модификации существующего автомобиля GM спроектировала и разработала EV1 с нуля. Благодаря дальности действия 80 миль и способности ускоряться от 0 до 50 миль в час всего за семь секунд, EV1 быстро стал культовым.Но из-за высоких производственных затрат EV1 никогда не был коммерчески жизнеспособным, и GM прекратила его производство в 2001 году.

В условиях быстро развивающейся экономики, роста среднего класса и низких цен на газ в конце 1990-х годов многие потребители не беспокоились о топливе. эффективные автомобили. Несмотря на то, что в то время электромобили не привлекали особого внимания общественности, за кулисами ученые и инженеры при поддержке Министерства энергетики работали над улучшением технологий электромобилей, включая аккумуляторы.

Новое начало для электромобилей

В то время как все начинания и остановки индустрии электромобилей во второй половине 20-го века помогли показать миру перспективность технологии, настоящего возрождения электромобилей не произошло. примерно до начала 21 века. В зависимости от того, кого вы спросите, это было одно из двух событий, которые вызвали интерес, который мы наблюдаем сегодня к электромобилям.

Первым поворотным моментом, который многие предложили, было введение Toyota Prius.Выпущенный в Японии в 1997 году, Prius стал первым в мире серийным гибридным электромобилем. В 2000 году Prius был выпущен по всему миру и сразу же стал популярным среди знаменитостей, что помогло поднять престиж автомобиля. Чтобы сделать Prius реальностью, Toyota использовала никель-металлогидридную батарею — технология, которая была поддержана исследованиями Министерства энергетики. С тех пор рост цен на бензин и растущее беспокойство по поводу загрязнения углеродом помогли сделать Prius самым продаваемым гибридом во всем мире за последнее десятилетие.

(Историческая сноска: до того, как Prius мог быть представлен в США, Honda выпустила гибрид Insight в 1999 году, что сделало его первым гибридом, продаваемым в США с начала 1900-х годов.)

Другим событием, которое помогло изменить форму электромобилей, было объявление в 2006 году о том, что небольшой стартап из Кремниевой долины, Tesla Motors, начнет производить роскошный электрический спортивный автомобиль, который может проехать более 200 миль без подзарядки. В 2010 году Tesla получила ссуду в размере 465 миллионов долларов от Управления кредитных программ Министерства энергетики — ссуду, которую Tesla выплатила на целых девять лет раньше, — для открытия производственного предприятия в Калифорнии.За короткое время с тех пор Tesla завоевала широкую известность своими автомобилями и стала крупнейшим работодателем в автомобильной промышленности в Калифорнии.

Объявление Tesla и последующий успех побудили многих крупных автопроизводителей ускорить работу над собственными электромобилями. В конце 2010 года на рынок США были выпущены Chevy Volt и Nissan LEAF. Первый коммерчески доступный подключаемый гибрид, Volt имеет бензиновый двигатель, который дополняет его электрический привод, когда батарея разряжена, позволяя потребителям ездить на электричестве в большинстве поездок и на бензине для увеличения запаса хода автомобиля.Для сравнения, LEAF является полностью электрическим транспортным средством (часто называемым аккумуляторно-электрическим транспортным средством, электромобилем или просто электромобилем для краткости), что означает, что он питается только от электродвигателя.

В течение следующих нескольких лет другие автопроизводители начали выпуск электромобилей в США; тем не менее, потребители все еще сталкивались с одной из первых проблем электромобилей — где заряжать свои автомобили на ходу. В соответствии с Законом о восстановлении министерство энергетики инвестировало более 115 миллионов долларов в создание общенациональной инфраструктуры зарядки, установив более 18 000 бытовых, коммерческих и общественных зарядных устройств по всей стране.Автопроизводители и другие частные компании также установили свои собственные зарядные устройства в ключевых точках США, в результате чего сегодня общее количество зарядных устройств для электромобилей общего пользования доступно более чем в 8000 различных местах с более чем 20 000 зарядных точек.

В то же время новая технология аккумуляторов, поддерживаемая отделом автомобильных технологий Министерства энергетики, начала выходить на рынок, помогая улучшить диапазон подключаемых электромобилей. В дополнение к технологии аккумуляторов почти для всех гибридов первого поколения, исследования Департамента также помогли разработать технологию литий-ионных аккумуляторов, используемых в Volt.Совсем недавно инвестиции Департамента в исследования и разработки аккумуляторных батарей помогли сократить расходы на аккумуляторные батареи для электромобилей на 50 процентов за последние четыре года, одновременно улучшив характеристики автомобильных аккумуляторов (то есть их мощность, энергию и долговечность). Это, в свою очередь, помогло снизить стоимость электромобилей, сделав их более доступными для потребителей.

Теперь у потребителей больше возможностей, чем когда-либо, когда дело доходит до покупки электромобиля. Сегодня доступно 23 модели с подзарядкой от электросети и 36 гибридных моделей различных размеров — от двухместного Smart ED до среднеразмерного Ford C-Max Energi и роскошного внедорожника BMW i3.По мере того, как цены на бензин продолжают расти, а цены на электромобили продолжают падать, электромобили становятся все более популярными — сегодня в США на дорогах находятся более 234000 подключаемых электромобилей и 3,3 миллиона гибридов.

Будущее электромобилей

Трудно сказать, что ждет электромобили в будущем, но очевидно, что они обладают большим потенциалом для создания более устойчивого будущего. Если мы переведем все легковые автомобили в СШАпереходя на гибриды или подключаемые к электросети электромобили, используя нашу нынешнюю комбинацию технологий, мы могли бы снизить нашу зависимость от иностранной нефти на 30-60 процентов, одновременно снизив выбросы углерода в транспортном секторе на целых 20 процентов.

Чтобы помочь достичь этой экономии выбросов, в 2012 году президент Обама запустил EV Everywhere Grand Challenge — инициативу Министерства энергетики, объединяющую лучших и самых талантливых ученых, инженеров и представителей бизнеса Америки, чтобы сделать подключаемые к сети электромобили более доступными, чем сегодняшний бензин. к 2022 году.Что касается аккумуляторов, Объединенный центр исследований накопителей энергии при Аргоннской национальной лаборатории работает над преодолением самых серьезных научных и технических барьеров, препятствующих крупномасштабному усовершенствованию аккумуляторов.

А Энергетическое агентство по перспективным исследовательским проектам (ARPA-E) продвигает революционные технологии, которые могут изменить наше представление об электромобилях. От инвестиций в новые типы аккумуляторов, которые могут работать дальше от одной зарядки, до экономически эффективных альтернатив материалам, важным для электродвигателей, проекты ARPA-E могут преобразовать электромобили.

В конце концов, только время покажет, какие дорожные электромобили возьмут на себя в будущем.

В чем разница?

• Гибридное электрическое транспортное средство (или сокращенно HEV) — это транспортное средство без возможности подключения, но имеющее систему электропривода и аккумулятор. Его движущая энергия поступает только из жидкого топлива. Узнайте об истории гибрида — от первого в мире до самого продаваемого в мире.
• Подключаемый гибридный электромобиль (также называемый PHEV) — это транспортное средство с возможностью подключения к сети, и оно может использовать энергию для движения либо от своей батареи, либо от жидкого топлива.Прочтите о первом коммерчески доступном подключаемом гибриде.
• Полностью электрическое транспортное средство (часто называемое аккумуляторно-электрическим транспортным средством, электромобилем или для краткости электромобилем или AEV) — это транспортное средство, которое полностью получает энергию для движения от своей батареи и должно быть подключено к сети для подзарядки . Изучите эволюцию электромобиля, охватывая все, от его ранней популярности до средневековья и до его возрождения сегодня.
• Подключаемый к электросети электромобиль (или PEV) — это любое транспортное средство, которое может быть подключено к сети (либо подзаряжаемый гибрид, либо полностью электрический автомобиль).Узнайте, как подключаемые к электросети электромобили могут помочь нам в создании более устойчивого будущего.

Как работают электродвигатели

1 декабря 2002 г. для журнала QuietFlyer

О выборе двигателя, оценке его характеристик, установке двигателя на самолет и т. Д. Написано много. В этом месяце я решил вернуться к основам и описать, как на самом деле работает двигатель . Вам нужно это знать, чтобы летать на электрических моделях? Вероятно, нет, но хорошее понимание работы мотора может помочь вам диагностировать проблемы.И некоторым людям, включая меня, нравится знать, как все работает. Итак, если вам интересно, читайте дальше!

Я собираюсь начать с самых основ, так что, если вы уже кое-что из них знаете, можете пропустить. Я не обижусь.

Магниты

Основной движущей силой всех электродвигателей, щеточных или бесщеточных, переменного или постоянного тока, является магнетизм. Мы все, наверное, когда-то играли с магнитами и узнали о них на уроках естественных наук в начальной школе.

Вспомните, что у любого магнита есть северный полюс и южный полюс (так уж получилось, что Земля — ​​это магнит, полюса которого очень примерно соответствуют географическим полюсам, отсюда и названия полюсов магнита). Если вы возьмете два магнита в форме стержня и выровняете их, они будут притягиваться друг к другу, если северный полюс одного находится рядом с южным полюсом другого. Если вы выровняете их с севера на север или с юга на юг, они будут отталкивать друг друга. Противоположности притягиваются.

Рассмотрим сборку из трех магнитов, как показано на рисунке 1.Левый и правый магниты прикреплены к какой-либо поверхности, а центральный магнит может свободно вращаться вокруг своего центра.

Рис. 1. Центральный вращающийся магнит будет вращаться, пока он не выровняется с двумя фиксированными магнитами, северный полюс — южный полюс.

Из-за притяжения противоположных полюсов центральный магнит будет вращаться, пока не выровняется, как показано на Рисунке 2.

Рис. 2. После совмещения он будет сопротивляться дальнейшему повороту.

Поскольку у магнита есть вес и, следовательно, импульс, он на самом деле немного перескочит, а затем вернется, снова перескочит и так далее несколько раз, прежде чем успокоится.

А теперь представьте, что мы могли бы творить магию магии и поменять местами северный и южный полюса центрального магнита так же, как это происходит в первый раз, как показано на рисунке 3.

Рис. 3. Если мы волшебным образом перевернем полюса центрального магнита непосредственно перед тем, как он остановится, он будет продолжать вращаться.

Вместо того чтобы возвращаться назад, он теперь будет отталкиваться фиксированными магнитами и продолжать вращаться, чтобы он мог выровняться в другом направлении. В конце концов, он достигнет состояния, показанного на рисунке 4, что подозрительно похоже на рисунок 1.

Рис. 4. В конце концов, он вернется в исходное положение на Рис. 1.

Если мы будем выполнять эту смену полюсов каждый раз, когда центральный магнит только заканчивает выходить за выровненное положение, он будет продолжать вращаться бесконечно.

Проблема в том, как совершить этот подвиг магнитного движения.

Электромагниты

Магниты, с которыми мы играем, называются постоянными магнитами. У этих объектов есть постоянное магнитное поле, которое всегда присутствует. Полюса неподвижны относительно друг друга и относительно физического магнита.

Другой вид магнита — это электромагнит. В простейшей форме он представляет собой железный стержень, обернутый катушкой проволоки, как показано на Рисунке 5.

Рис. 5. Электромагнит — это кусок железа или другого магнитного металла, на который намотана проволочная катушка.

Сам по себе ничего не делает. Однако если пропустить через провод электрический ток, в железном стержне образуется магнитное поле, и он становится магнитом, как показано на рисунке 6.

Рис. 6. Подача тока в одном направлении создает магнит.

Если вы отключите ток, он перестанет быть магнитом (это немного упрощение, поскольку на самом деле он остается слабым магнитом, но нам пока не нужно этим заниматься).

Пока что электромагнит уже кажется весьма полезным, так как мы можем использовать его, чтобы подбирать железные, стальные или никелевые предметы, переносить их куда-нибудь, а затем бросать, просто выключив питание (краны на ремонтных мастерских делают это со всеми автомобилями. ).

По-настоящему интересная особенность электромагнита заключается в том, что его полярность (расположение северного и южного полюсов) зависит от направления тока.Если мы пропустим ток в обратном направлении, полюса электромагнита поменяются местами, как показано на Рисунке 7.

Рис. 7. Подача тока в противоположном направлении приведет к образованию магнита с противоположной полярностью.

Эврика!

Если мы заменим центральный магнит в нашем наборе из трех магнитов на электромагнит, как на рисунке 8, мы получим начало электродвигателя.

Рис. 8. Замена центрального магнита на рис. 1 на электромагнит дает нам начало двигателя.

Теперь у нас есть две проблемы, которые нужно решить: подать ток на вращающийся электромагнит без скручивания проводов и изменить направление тока в нужное время.

Обе эти проблемы решаются с помощью двух устройств: коммутатора с разъемным кольцом и пары щеток. Рисунок 9 иллюстрирует это.

Рис. 9. Добавив коммутатор (полукруглые дуги) и щетки (широкие стрелки), мы можем изменить полярность электромагнита при его вращении.

Два полукруга — это коммутатор, а две стрелки — это щетки. Ток подается на щетки, обозначенные знаками «+» и «-».

При указанном токе электромагнит будет отталкиваться двумя постоянными магнитами, и он будет вращаться по часовой стрелке. После того, как он перевернется почти наполовину, он будет в состоянии, показанном на Рисунке 10.

Рис. 10. Магниты почти выровнены, но вскоре полярность изменится на обратную, и вращающийся электромагнит снова начнет двигаться.

Затем, как только магнит достигает выровненного состояния, разделитель в коммутаторе проходит под щетками, а затем ток через электромагнит меняет направление, что возвращает нас к состоянию на рисунке 9. В результате магнит продолжает вращаться. . У нас есть мотор!

Немного терминологии

Вышеупомянутое обсуждение завершилось разработкой простого двухполюсного электродвигателя постоянного тока с двумя щелями и щетками с постоянным магнитом.

Термин «двухполюсный» относится к тому факту, что в работе двигателя участвуют два полюса постоянного магнита: южный полюс левого магнита и северный полюс правого магнита.Фактически двигатель будет работать только с одним фиксированным магнитом (например, только с левым магнитом), но будет менее мощным и эффективным.

Вращающийся электромагнит известен как якорь. Двухпазовый означает, что якорь состоит из одной катушки проволоки вокруг одного стержня с двумя концами (термин «паз» относится к зазору между концами якоря, поскольку якорь обычно не имеет формы стержня, а имеет более широкий конец).

Реал Моторс

В реальном двухполюсном двигателе два полюса часто являются двумя концами одного и того же магнита.Хотя может показаться, что двигатель содержит два отдельных магнита, стальной корпус двигателя связывает их вместе, чтобы действовать как единый магнит. Это действительно так, как если бы наш двигатель был построен, как показано на рисунке 11, с вращающимся электромагнитом внутри отверстия в постоянном магните.

Рис. 11. Во многих двигателях два фиксированных магнита на самом деле представляют собой два полюса одного магнита (хотя он может состоять из двух отдельных магнитов, соединенных корпусом двигателя).

Практические настоящие двигатели обычно имеют как минимум трехпозиционный якорь и коммутатор с тремя сегментами.Однако кистей пока всего две. Двигатели с более высоким напряжением и более высоким КПД имеют еще больше разъемов (нечетное число) и больше сегментов на коммутаторе (столько же, сколько и количество разъемов), а также больше щеток (всегда четное число). На фотографиях 1 и 2 показаны якорь, коммутатор и щетки типичного недорогого трехпланцевого двигателя.

Фото 1. Якорь с тремя пазами от недорогого ферритового двигателя размером 540 мм.

Фото 2.Щетки в «консервном» двигателе удерживаются на месте пластинчатыми пружинами из сплава, которые также служат для передачи тока. Коммутатор был смоделирован с помощью куска дюбеля с некоторыми отметками на нем, чтобы лучше показать, как он соединяется с щетками.

На рисунке 12 схематично показан трехпланцевый двигатель. Обратите внимание, что кисть теперь шире, контактирует с сегментами коммутатора на более широкой площади и иногда фактически охватывает два сегмента.

Рис. 12. Это схематическое изображение типичного двухполюсного щеточного двигателя с тремя пазами.Якорь имеет три электромагнита и три сегмента коммутатора. Щетки иногда соприкасаются более чем с одним сегментом.

Также обратите внимание, что оба конца электромагнита номер 2 контактируют с щеткой со знаком «-» в конкретный момент времени, показанный на рисунке 12. Это означает, что через электромагнит 2 ток не течет, а только номер 1 и 3 включены.

Фактически, якорь теперь представляет собой пару электромагнитов; номер 3 притягивается северным полюсом правого постоянного магнита, а номер 1 отталкивается.

Двенадцатой частью оборота позже, как показано на рисунке 13, через все три электромагнита протекает ток.

Рис. 13. Тот же двигатель, что и на Рис. 12, одна двенадцатая оборота (30 градусов) позже.

Итак, электромагнит номер 1 одновременно отталкивается правым постоянным магнитом и притягивается левым. Номер 2 отталкивается левым магнитом, а номер 3 все еще притягивается правым магнитом.

Спустя еще двенадцать оборота, на Рисунке 14, электромагнит 1 притягивается к левому магниту, а номер 2 все еще отталкивается.

Рис. 14. Двигатель с рис. 12, одна шестая оборота (60 градусов) позже.

Электромагнит 3 выключен. Эта последовательность включения и выключения электромагнитов продолжается по мере вращения двигателя, в конечном итоге возвращаясь в состояние, показанное на рисунке 12.

Бесщеточный двигатель

У щеточного и коллекторного механизма, используемого в щеточном двигателе, есть ряд недостатков: щетки вызывают трение, имеется некоторое электрическое сопротивление в интерфейсе щетки и коммутатора, а механическое переключение тока якоря приводит к искрообразованию, которые могут вызвать радиопомехи.Бесщеточные двигатели избавляются от щеток и коммутатора, чтобы обойти эти проблемы. В результате повышается эффективность (большая выходная мощность для заданного количества входной мощности) и меньше электрических помех.

Базовые принципы работы бесщеточного двигателя точно такие же, как и у щеточного двигателя. На рисунках 15 и 16 показаны две стадии работы простого бесщеточного двигателя.

Рис. 15. Это бесщеточный двигатель, эквивалентный рис. 9. Электромагниты зафиксированы, а постоянный магнит вращается.

Обратите внимание, что рисунок 15 почти идентичен рисунку 9, за исключением того, что здесь нет щеток и коммутатора, а также поменялись типы магнитов. Постоянные магниты превратились в электромагниты, и наоборот. Вращающийся постоянный магнит отталкивается двумя электромагнитами.

Рис. 16. Двигатель с рис. 15, почти на полный оборот позже. Обратите внимание, что у электромагнитов изменилась полярность.

На Рисунке 16, почти через полный оборот, полярность левого и правого магнитов изменилась.Вращающийся магнит теперь выровнен.

Проблема, которую необходимо решить, заключается в том, как заставить электромагниты менять полярность в нужное время. Можно было бы разработать какую-то механическую схему, управляемую вращающимся постоянным магнитом, но это свело бы на нет основные преимущества бесщеточных двигателей.

Вместо этого, электромагниты управляются внешней схемой. Эта схема отслеживает текущее положение вращающегося магнита и соответствующим образом подает питание на внешние магниты, чтобы двигатель продолжал вращаться.Эта схема является частью бесщеточного электронного регулятора скорости (ESC).

Бесщеточный ESC может отслеживать положение вращающегося магнита двумя способами. Один из них — магнитные датчики (на основе эффекта Холла). Эти датчики сообщают ESC по отдельному набору проводов. Другой метод известен как «бессенсорный». Грубо говоря, в этом методе ESC контролирует три провода питания двигателя на предмет колебаний, вызванных вращающимися магнитами.

Терминология по бесщеточному оборудованию

Поскольку узел электромагнита в бесщеточном двигателе остается неподвижным, он называется статором, а не якорем.Узел вращающегося магнита называется ротором.

Настоящие бесщеточные двигатели

Подобно тому, как настоящий щеточный двигатель редко имеет только два полюса и двухпозиционный якорь, настоящий бесщеточный двигатель редко имеет только двухполюсный ротор и двухпозиционный статор. Большинство имеющихся в продаже бесщеточных двигателей имеют как минимум четыре полюса и статор с девятью или более пазами. Однако для сравнения на рисунке 17 показан гипотетический двухполюсный бесщеточный двигатель с тремя пазами, соответствующий нашему двухполюсному щеточному двигателю с тремя пазами.

Рис. 17. Это схематическое изображение гипотетического двухполюсного бесщеточного двигателя с тремя пазами. Ротор имеет один постоянный магнит (два полюса), а статор — три электромагнита (три паза) и три точки подключения.

Обратите внимание, что есть три точки подключения для получения питания от бесщеточного ESC (у двигателя с более чем тремя статорами они подключены к трем группам, поэтому остается только три провода питания).

Фото 3. Компоненты Aveox 36/30/1.5 бесщеточный мотор.
www.Aveox.com

В состоянии, представленном на Рисунке 17, питание подается на два вывода, помеченных «+» и «-», что приводит в действие электромагниты, как показано. Верхний левый электромагнит притягивает северный полюс ротора, левый нижний отталкивает его, а правый электромагнит отталкивает южный полюс ротора. Когда ротор вращается, ESC будет менять провода, на которые подается питание. Иногда будут только два вывода, как на Рисунке 17, а в других случаях — все три (как на Рисунке 13 для щеточного двигателя).

Проблемы реального мира

Описанная здесь теория работы двигателя верна, но несколько упрощена. Если вы внимательно изучите схемы, вы заметите ситуации, когда полярность может измениться слишком быстро, очевидно, что приведет к остановке двигателя. Из-за ряда факторов, таких как время, необходимое для схлопывания магнитного поля, и импульс якоря, настоящий двигатель не обязательно остановится в этой ситуации.

Взаимосвязь между положением якоря (или ротора) и магнитов (или статора) и временем, когда электромагниты меняют свою полярность, называется «синхронизацией».В щеточном двигателе он регулируется путем изменения положения щеток относительно постоянных магнитов. В бесщеточном двигателе с датчиком Холла происходит изменение положения датчиков. В бессенсорном двигателе ESC автоматически регулирует время на основе обратной связи, которую он получает от двигателя.

Оптимальное время зависит от скорости и тока двигателя, и для достижения максимальной эффективности его следует отрегулировать для конкретных условий эксплуатации двигателя.

Если вы знакомы с двигателями внутреннего сгорания, это аналогично настройке оптимального момента зажигания.Теоретически свеча должна загореться, когда поршень достигнет верхней части цилиндра (верхней мертвой точки), но из-за импульса двигателя и времени, необходимого для фактического сгорания топлива, свеча должна загореться раньше. Современные автомобильные двигатели регулируют это с помощью электроники, чтобы точно соответствовать условиям; В старых двигателях автомобилей использовался механизм подачи с вакуумным приводом, чтобы регулировать его в соответствии с нагрузкой на двигатель.

Другие двигатели

Существует много других типов электродвигателей, таких как асинхронные двигатели переменного тока, синхронные двигатели переменного тока, шаговые двигатели (на самом деле специализированная форма бесщеточных двигателей) и так далее.Все эти двигатели работают на различных принципах, которые мы рассмотрели. Они различаются только тем, как выполняют работу коммутатора. В настоящее время ни один из этих двигателей не используется в электрических полетах.

Статьи по теме

Если вы нашли эту статью полезной, вас также могут заинтересовать:

Motorcycle Electrical’s Объяснение: знайте, сколько ватт и сколько вольт на вашем велосипеде

Многие из нас часто оказываются в море, когда дело доходит до понимания того, как работают электрические системы на нашем двухколесном мотоцикле.В то время как некоторые из нас довольно хорошо умеют расшифровывать эти значения мощности и напряжения, многие оказываются в затруднительном положении, если им нужно обновить фару своего велосипеда или добавить аксессуар, который может потреблять дополнительную мощность. В этой информативной статье мы познакомим вас с основами электрической системы современного двухколесного автомобиля. Воспользуйтесь этой статьей как кратким руководством для начинающих, чтобы изучить основы стандартной электрической системы на велосипеде. Мы уверены, что это вам очень поможет. Начнем с некоторых основных терминов.

Напряжение

Проще говоря, напряжение — это давление от источника питания электрической цепи. Это давление проталкивает заряженные электроны (называемые током) через цепь и заставляет ее выполнять любую определенную работу, например, запускать вентилятор или зажигать лампочку. Это электрическое давление измеряется в вольтах (В).

Напряжение батареи падает, когда батарея используется и теряет заряд. Точно так же, когда электрическое приложение получает питание от батареи, напряжение падает.

Мощность

Мощность — это единица мощности, или, проще говоря, скорость потребления энергии. Один ватт — это один джоуль (единица энергии), потребляемый в секунду (1 Вт = 1 Дж / с). Так, например, если лампочка мощностью 100 Вт работает в течение 10 часов, она потребляет 100 Вт x 10 часов = 1000 Вт-часов = 1 кВт-час энергии. Интересный факт: кВт-час — это единица измерения энергопотребления в наших домах.

Ампер-час

Номинальная мощность аккумулятора в ампер-часах описывает, на сколько он будет работать при постоянной разрядке.Например, батарея на 12 ампер-часов может разряжать ток 1,2 ампера в течение 10 часов. Если удвоить ток разряда до 2,4 ампера, аккумулятор разряжается за половину времени, за 5 часов и так далее. Ты можешь представить?

Компоненты электрической системы двухколесного транспортного средства

Двухколесный транспорт получает электроэнергию от двух источников — батареи и генератора переменного тока. Аккумулятор сохраняет заряд, поддерживает заданное напряжение и поддерживает работу электрической системы, когда двигатель выключен и не вырабатывается свежая электроэнергия.

Генератор, с другой стороны, вырабатывает электроэнергию при включении двигателя. Он обеспечивает электроэнергией различные электрические устройства, а также заряжает аккумулятор в пути. Давайте более подробно рассмотрим различные компоненты электрической системы вашего двухколесного велосипеда:

Аккумулятор

Типичный 12-вольтный мотоциклетный аккумулятор представляет собой шестиэлементный блок и состоит из пластикового корпуса, каждая ячейка которого имеет набор положительных и отрицательных пластин, погруженных в электролит.Каждая ячейка имеет напряжение около 2,1 В при полной зарядке, что приводит к совокупному напряжению батареи около 12,6 В. Аккумулятор подает постоянный ток (DC) на электронику мотоцикла, когда двигатель выключен. Аккумулятор также обеспечивает ток для запуска двигателя, когда вы нажимаете кнопку электрического запуска на распределительном устройстве.

Генератор

Генератор вырабатывает электричество после запуска двигателя. Проще говоря, он использует коленчатый вал двигателя для вращения магнитов и выработки электричества в качестве электромагнита.Однако генератор вырабатывает переменный ток (AC), который необходимо преобразовать в постоянный ток. Это достигается с помощью выпрямителя / регулятора, который не только преобразует переменный ток в постоянный, но также регулирует величину тока, который подается на всю электронику мотоцикла.

Жгут проводов

Ток, вырабатываемый на мотоцикле, передается на электронные компоненты через жгут проводов. Жгут проводов представляет собой набор проводов, клемм и разъемов, разработанный специально для двухколесной модели для подачи электроэнергии.Он играет ключевую роль в соединении различных электрических и электронных компонентов на двухколесном транспортном средстве.

Добавление электрического компонента к вашему двухколесному транспортному средству

Теперь, когда вы знаете основы, давайте поговорим о сценарии, в котором вы хотите модернизировать или добавить компонент, потребляющий электроэнергию, на свой двухколесный транспорт. Вам необходимо убедиться, что ваша электрическая система достаточно компетентна, чтобы делать это успешно. Это может означать обновление некоторых или всех ваших электрических компонентов, и обновления будут отличаться в зависимости от случая.

Вот что вам нужно иметь в виду.

1. Понимание спецификаций: Сначала вам необходимо прочитать и понять спецификации новой электрической системы. Например, новая система освещения на вашем мотоцикле будет иметь определенную мощность и напряжение. Вот что это будет означать:
   1. Мощность — Более высокая номинальная мощность для любого конкретного типа осветительной системы обычно означает больше потребляемой мощности и излучаемого света
   2. Напряжение — Чем выше напряжение системы, тем больше размер батареи требуется.Вы всегда должны внимательно читать руководство к вашему двухколесному транспортному средству, чтобы понять, какое напряжение может поддерживаться.
2. Вам необходимо выяснить, какую нагрузку вы можете поместить на свою электрическую систему, не перегружая ее. Хороший способ понять это — прочитать руководство. Итак, если ваш двухколесный мотоцикл выдает 400 Вт, выясните, сколько из них потребляется, не добавляя ничего лишнего. Вам нужно будет сложить потребление штатных фар, задних фонарей и всех других стандартных электрических компонентов.Опять же, обратитесь к руководству за точным номером по этому поводу.
3. Здесь важно отметить, что указанная выше выходная мощность в 400 Вт достигается при определенной частоте вращения двигателя. Когда байк работает на холостом ходу или двигается медленно, мощность обычно меньше. Всегда учитывайте это.
4. После того, как вы определили общую потребляемую мощность двухколесного велосипеда, вы можете вычесть это число из нашего эталонного числа 400 Вт и посмотреть, хватит ли оставшейся мощности для питания вашего нового аксессуара.Здесь всегда хорошо держать приличный буфер.
5. Самый простой способ подключить новый аксессуар к вашей электрической системе — это подключить его напрямую от аккумулятора, при этом его отрицательная клемма соединяется с отрицательной, а положительная — с положительной. Однако теперь аксессуар будет потреблять аккумулятор непосредственно от аккумулятора, а это означает, что если вы забудете выключить аксессуар вручную при выключенном двигателе, он разрядит аккумулятор. Эту проблему можно решить с помощью блока распределения мощности, который блокирует потребление, если зажигание не включено.
6. Еще одним важным аспектом электрической системы является предохранитель, который предназначен для срабатывания предохранителя, чтобы спасти электрическую систему от потенциальной аварии, когда текущая нагрузка возрастает до опасного уровня. Поэтому не заменяйте предохранитель на предохранитель с более высоким номиналом, поскольку это нарушит саму цель его существования. Также убедитесь, что для каждого нового аксессуара установлен предохранитель, желательно ближе к источнику питания.