Двигатель электромобиля — устройство, типы
Синхронный, асинхронный, на постоянных магнитах, индукционный, с обмоткой возбуждения, однофазный, трехфазный, шаговый, коллекторный, бесщеточный. Все это — различные типы электромоторов. Объясняем, как устроен двигатель электромобиля.
Начнем с небольшого экскурса в историю:
- 1821: британский ученый Майкл Фарадей публикует трактат «О некоторых новых электромагнитных движениях и о теории магнетизма», в котором описано непрерывное вращение намагниченной стрелки вокруг одного из магнитных полюсов;
- 1831: Фарадей открывает электромагнитную индукцию — возникновение электрического тока в замкнутом контуре при изменении проходящего через него магнитного потока;
- 1825: британец Уильям Стерджен изготавливает первый электромагнит;
- 1833: Стерджен демонстрирует в Лондоне первый реально работающий электродвигатель на постоянном токе;
- 1834: русский и немецкий физик Мориц Якоби изобретает электродвигатель с вращающимся рабочим валом;
- 1839: Якоби успешно испытывает на Неве моторную лодку с электромотором;
- 1885: итальянец Галилео Феррарис изобретает первый двухфазный асинхронный электродвигатель;
- 1887: Никола Тесла независимо от Феррариса изобретает и патентует двухфазный асинхронный электродвигатель с явно выраженными полюсами статора (сосредоточенными обмотками);
- 1889-1891: россиянин Михаил Осипович Доливо-Добровольский, прочитав доклад Феррариса о вращающемся магнитном поле, усовершенствовал двигатель Теслы с помощью ротора в виде «беличьей клетки». В отличие от Теслы, Доливо-Добровольский считал оптимальной трех-, а не двухфазную передачу электроэнергии. И в итоге именно она нашла широкое применение в промышленности.
Двигатель электрокара — принцип работы
Электродвигатель состоит из подвижной (ротор) и неподвижной (статор) частей. Когда на мотор подается напряжение, ротор начинает вращаться внутри статора. Это происходит под действием магнитного поля, возникающего вокруг ротора. Для создания магнитного поля в современных электродвигателях используются постоянные магниты из редкоземельных материалов, катушки индуктивности или электромагниты. Внутри любого электромотора можно увидеть обмотку из медной проволоки, покрытой изоляционным лаком. Эта так называемая обмотка возбуждения и есть электромагнит.
Для того, чтобы вращение ротора не прекращалось, необходимо с постоянной частотой менять направленность электромагнитного поля. В зависимости от того, каким способом это достигается, выделяют разные виды электрических двигателей.
Устройство электродвигателя Volkswagen MEB APP550
Двигатель постоянного тока для электромобиля
Принцип работы — смена направления тока, проходящего через ротор. За это отвечает так называемый щеточно-коллекторный узел — токопроводящее кольцо на валу двигателя. Кольцо все время трется о контакты (щетки), весь узел постепенно изнашивается под действием силы трения, поэтому ресурс такого двигателя ограничен.
Электромотор переменного тока
Принцип работы — вращение электромагнитного поля. Достигается благодаря подаче переменного трехфазного тока (либо однофазного с использованием конденсатора, обеспечивающего подачу реактивной нагрузки) на статорные обмотки. Генерируемые обмотками магнитные потоки в совокупности образуют вращающееся магнитное поле.
Таким образом, ключевое отличие электродвигателя постоянного тока от электродвигателя переменного тока в том, что у первого напряжение подается на ротор, а у второго — на статор. В электромобилях используются трехфазные двигатели переменного тока.
Устройство двигателя электромобиля
Электродвигатель электромобиля является частью блока электропривода (EDU), расположенного на передней и/или задней оси в зависимости от типа привода (моно- или полного). Каждый блок оснащен также коробкой передач, в роли которой выступает обычно планетарный редуктор, и дифференциалом, непосредственно связанным с электродвигателем.
Электромотор подсоединяется к инвертору. Это устройство, которое преобразует постоянный ток батареи электромобиля в переменный ток для электромотора и наоборот (в режиме рекуперации). Инвертор также управляет работой электродвигателя в ответ на входные сигналы педалей ускорения и тормоза, регулируя трехфазный переменный ток, который подается на обмотки статора. Помимо этого инвертор меняет фазы для изменения направления вращения ротора при необходимости движения задним ходом.
Для эффективной работы электродвигателя и даже просто для того, чтобы электродвигатель не останавливался, необходимо очень точное управление синхронизацией вращения ротора и магнитного поля статора. В зависимости от того, как осуществляется синхронизация, выделяются синхронные и асинхронные (они же — индукционные) электродвигатели.
Асинхронные и синхронные электродвигатели
Разница между в ними в том, что у синхронного двигателя ротор и магнитное поле вращаются синхронно, с одинаковой частотой, а у асинхронного магнитное поле обгоняет ротор. Почти все современные электромобили используют синхронные двигатели на постоянных магнитах. Электромоторы асинхронного типа можно найти на электромобилях Tesla. Иногда в одном автомобиле сочетаются электродвигатели двух типов, как, например, у Audi Q4 e-tron или Nio ET5.
Двигатель с осевым магнитным потоком
Двигатель с осевым магнитным потоком (англ. — axial flux motor) — перспективная разновидность синхронного электродвигателя на постоянных магнитах. Из-за плоской и круглой формы его еще в шутку называют двигатель-блинчик (pancake engine). У такого мотора ротор не вставлен в статор, а наложен на него. Магнитное поле в аксиальном двигателе параллельно оси вращения ротора, а не перпендикулярно, как у традиционного (радиального) двигателя.
Двигатель с осевым магнитным потоком
Преимущества аксиального мотора — малые размеры и масса в сочетании с высоким крутящим моментом. Соотношение массы самого двигателя и крутящего момента с осевым магнитным потоком в четыре раза лучше, чем у радиального. Сочетание небольших массы и размеров с высокой производительностью делает аксиальные электромоторы особенно подходящими для электрических суперкаров.
Аксиальными электродвигателями сейчас заинтересованы в Mercedes-Benz Group. Концерн недавно приобрел британскую компанию YASA Limited, известную своими разработками в области двигателей с осевым потоком, и использовал ее аксиальные моторы на концепт-каре Vision One-Eleven.
Шведский производитель гиперкаров Koeniggsegg пошел еще дальше и совместил преимущества аксиального и радиального двигателей в «раксиальном» агрегате Quark. Этот электромотор сделан из аэрокосмических сталей и углеволокна и весит менее 30 кг, при этом развивает 340 л.с. и 600 Нм крутящего момента. Сочетание двух таких двигателей дает уже 680 л.с. Они объединены в единый компактный узел с инвертором David (тоже собственной разработки Koeniggsegg). В конце 2024 года шведская компания планирует начать производство гиперкара Gemera с гибридной силовой установкой, собранной из еще более мощного «раксиального» электромотора Dark Matter и бензинового V8 совокупной отдачей 2300 л.с.
«Раксиальный» электродвигатель Koeniggsegg Quark с редуктором и инвертором
Примеры электромоторов разных типов на серийных электромобилях и гибридах:
- Гибридный внедорожник BYD Yangwang U8, электрическая (BEV) версия внедорожника Mengshi M-Hero 917 — четыре синхронных двигателя на постоянных магнитах;
- Электролифтбек Zeekr 001 — два или четыре (топовый Zeekr 001 FR) синхронных мотора на постоянных магнитах;
- Электрокроссовер Jaguar I-Pace — два синхронных двигателя на постоянных магнитах;
- Гибридные кроссоверы Lixiang L9, L8, Li L7 — два синхронных двигателя на постоянных магнитах;
- Электроседан Nio ET5 — cинхронный спереди, асинхронный сзади;
- Электрокроссовер Renault Megane E-Tech EV40 — cинхронный двигатель с обмоткой возбуждения;
- Электрокроссовер Audi Q4 e-tron — асинхронный двигатель спереди, синхронный сзади;
- Электролифтбек Tesla Model S — трехфазный асинхронный двигатель индукционного типа;
- Гибридный гиперкар Koeniggsegg Gemera — аксиальный двигатель;
- Концептуальный электровнедорожник Jeep Wrangler Magneto — аксиальный двигатель.
Сравнительное устройство аксиального (слева) и радиального (справа) электродвигателей
Как работает двигатель электромобиля
Крутящий момент электродвигателя создается, когда магнитное поле ротора отстает от вращающегося магнитного поля статора. Постоянные магниты ротора пытаются «догнать» поле статора и тем самым приводят ротор (а значит и электромобиль) в движение. Когда электрокар едет накатом или тормозит, электродвигатель превращается в генератор. Магнитное поле ротора проходит через обмотки статора, индуцируя электричество. Так работает рекуперация — преобразование кинетической энергии от вращения колес в электрическую для восполнения заряда батареи электромобиля.
Преимущества электрического двигателя
По ряду характеристик двигатель электромобиля существенно опережает ДВС.
- обладает высоким КПД;
- позволяет ездить, не пользуясь тормозами;
- обеспечивает стабильно высокий крутящий момент;
- занимает мало места и мало весит;
- удобен в плане проектирования и дизайна;
- работает без шума и вибрации;
- обладает большим ресурсом и не нуждается в частом обслуживании;
- не так опасен при аварии.
Поговорим о преимуществах электродвигателя подробнее.
Эффективность
Коэффициент полезного действия электрического двигателя гораздо выше, чем у ДВС. Электромотор конвертирует в движение 80–90% энергии, в то время как самые энергоэффективные бензиновые или дизельные моторы – максимум 30–40%. Остальное рассеивается в виде тепла. При этом электродвигатель позволяет компенсировать часть потраченной энергии за счет рекуперации — при движении накатом или в процессе торможения кинетическая энергия от вращения колес преобразуется в электрическую энергию, которая восполняет заряд батареи электромобиля.
Возможность езды «в одну педаль»
Помимо подзарядки, рекуперация позволяет ездить на электромобиле «в одну педаль» — при отпускании педали газа обратный электромагнитный импульс противодействует вращению ротора электромотора и автомобиль замедляется даже без нажатия педали тормоза. Это удобно в условиях плотного городского трафика и продлевает срок службы тормозных колодок.
Динамика
Электромотор работает на более высоких оборотах, чем бензиновый или дизельный двигатель (16000–25000 об/мин). При этом у электрического постоянно высокий крутящий момент, который доступен сразу же. Это обеспечивает мгновенный отклик на нажатие педали акселератора и быстрый разгон. Поэтому обычные городские электромобили разгоняются также быстро, как дорогие и мощные спорткары с ДВС — в пределах 4–5 секунд от 0 до 100 км/ч. Постоянно высокий крутящий момент также полезен в условиях бездорожья — и на электрокаре, в отличие от машины с ДВС, не нужна понижающая передача для усиления тяги.
Электродвигатели
Электрический двигатель, сокращенно электродвигатель — электрическая машина, с помощью которой электрическая энергия преобразуется в механическую, для приведения в движение различных механизмов. Электродвигатель является основным элементом электропривода.
В некоторых режимах работы электропривода электродвигатель осуществляет обратное преобразование энергии, то есть работает в режиме электрического генератора.
По виду создаваемого механического движения электродвигатели бывают вращающиеся, линейные и др. Под электродвигателем чаще всего подразумевается вращающий электродвигатель, так как он получил наибольшее применение.
Областью науки и техники изучающей электрические машины является — электромеханика. Принято считать, что ее история начинается с 1821 года, когда был создан первый электродвигатель М.Фарадея.
Конструкция электродвигателя
Основными компонентами вращающегося электродвигателя являются статор и ротор. Статор — неподвижная часть, ротор — вращающаяся часть.
Стандартная конструкция вращающегося электродвигателя
У большей части электродвигателей ротор располагается внутри статора. Электродвигатели у которых ротор находится снаружи статора называются электродвигателями обращенного типа.
Принцип работы электродвигателя
1. Согласно закону Ампера на проводник с током I в магнитном поле будет действовать сила F.
2. Если проводник с током I согнуть в рамку и поместить в магнитное поле, то две стороны рамки, находящиеся под прямым углом к магнитному полю, будут испытывать противоположно направленные силы F
3. Силы, действующие на рамку, создают крутящий момент или момент силы, вращающий ее.
4. Производимые электродвигатели имеют несколько витков на якоре, чтобы обеспечить больший постоянный момент.
5. Магнитное поле может создаваться как магнитами, так и электромагнитами. Электромагнит обычно представляет из себя провод намотанный на сердечник. Таким образом, по закону электромагнитной индукции ток протекающий в рамки будет индуцировать ток в обмотки электромагнита, который в свою очередь будет создавать магнитное поле.
-
Подробное описание принципа работы электродвигателей разных типов:
- Принцип работы однофазного асинхронного электродвигателя
- Принцип работы трехфазного асинхронного электродвигателя
- Принцип работы синхронного электродвигателя
Классификация электродвигателей
- Универсальный
- Репульсионный
- КДПТ с обмоткой возбуждения
-
Включение обмотки
- Независимое
- Последовательное возбуждения
- Параллельное
- Комбинированное
- БДПТ
(Бесколлекторный двигатель + ЭП |+ ДПР) - ВРД
(Реактивный двигатель с ротором с явновыраженными полюсами и сосредоточенной обмоткой статора + ЭП |+ ДПР)
- Трехфазный
(многофазный)- АДКР
- АДФР
- с пусковой обмоткой
- с экранированными полюсами
- с асимметричным магнитопроводом
- СДОВ
(с контактными кольцами и щетками) —> - СДПМ 5 —>
- СДПМВ
- СДПМП
- Гибридный
Примечание:
- Указанная категория не представляет отдельный класс электродвигателей, так как устройства, входящие в рассматриваемую категорию (БДПТ, ВРД), являются комбинацией бесколлекторного двигателя, электрического преобразователя (инвертора) и, в некоторых случаях, — датчика положения ротора. В данных устройствах электрический преобразователь, в виду его невысокой сложности и небольших габаритов, обычно интегрирован в электродвигатель.
- Вентильный двигатель может быть определен как электрический двигатель, имеющий датчик положения ротора, управляющий полупроводниковым преобразователем, осуществляющим согласованную коммутацию обмотки якоря [5].
- Вентильный электродвигатель постоянного тока — электродвигатель постоянного тока, вентильное коммутирующее устройство которого представляет собой инвертор, управляемый либо по положению ротора, либо по фазе напряжения на обмотки якоря, либо по положению магнитного поля [1].
- Электродвигатели используемые в БДПТ и ВРД являются двигателями переменного тока, при этом за счет наличия в данных устройствах электрического преобразователя они подключаются к сети постоянного тока.
- Шаговый двигатель не является отдельным классом двигателя. Конструктивно он представляет из себя СДПМ, СРД или гибридный СРД-ПМ.
Аббревиатура:
- КДПТ — коллекторный двигатель постоянного тока
- БДПТ — бесколлекторный двигатель постоянного тока
- ЭП — электрический преобразователь
- ДПР — датчик положения ротора
- ВРД — вентильный реактивный двигатель
- АДКР — асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
- АДФР — асинхронный двигатель с фазным ротором
- СДОВ — синхронный двигатель с обмоткой возбуждения
- СДПМ — синхронный двигатель с постоянными магнитами
- СДПМП — синхронный двигатель c поверхностной установкой постоянных магнитов
- СДПМВ — синхронный двигатель со встроенными постоянными магнитами
- СРД — синхронный реактивный двигатель
- ПМ — постоянные магниты
- ЧП — частотный преобразователь
Типы электродвигателей
Коллекторные электродвигатели
Коллекторная машина — вращающаяся электрическая машина, у которой хотя бы одна из обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, соединена с коллектором [1]. В коллекторном двигателе щеточно-коллекторный узел выполняет функцию датчика положения ротора и переключателя тока в обмотках.
Универсальный электродвигатель
Может работать на переменном и постоянном токе. Широко используется в ручном электроинструменте и в некоторых бытовых приборах (в пылесосах, стиральных машинах и др.). В США и Европе использовался как тяговый электродвигатель. Получил большое распространение благодаря небольшим размерам, относительно низкой цены и легкости управления.
Коллекторный электродвигатель постоянного тока
Электрическая машина, преобразующая электрическую энергию постоянного тока в механическую. Преимуществами электродвигателя постоянного тока являются: высокий пусковой момент, быстродействие, возможность плавного управления частотой вращения, простота устройства и управления. Недостатком двигателя является необходимость обслуживания коллекторно-щеточных узлов и ограниченный срок службы из-за износа коллектора.
Бесколлекторные электродвигатели
У бесколлекторных электродвигателей могут быть контактные кольца с щетками, таким образом не надо путать бесколлекторные и бесщеточные электродвигатели.
Бесщеточная машина — вращающаяся электрическая машина, в которой все электрические связи обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, осуществляются без скользящих электрических контактов [1].
Асинхронный электродвигатель
Наиболее распространенный электродвигатель в промышленности. Достоинствами электродвигателя являются: простота конструкции, надежность, низкая себестоимость, высокий срок службы, высокий пусковой момент и перегрузочная способность. Недостатком асинхронного электродвигателя является сложность регулирования частоты вращения.
Cинхронный электродвигатель
Синхронные двигатели обычно используются в задачах, где требуется точное управление скоростью вращения, либо где требуется максимальное значение таких параметров как мощность/объем, КПД и др.
- С обмоткой возбуждения
- С постоянными магнитами
- Реактивный
- Гистерезисный
- Реактивно-гистерезисный
- Шаговый
Специальные электродвигатели
Серводвигатель
Серводвигатели не являются отдельным классом двигателей. В качестве серводвигателя могут использоваться электродвигатели постоянного и переменного тока с датчиком положения ротора. Серводвигатель используется в составе сервомеханизма для точного управления угловым положением, скоростью и ускорением исполнительного механизма. Для работы серводвигатель требует относительно сложную систему управления, которая обычно разрабатывается специально для сервопривода.
Основные параметры электродвигателя
- Момент электродвигателя
- Мощность электродвигателя
- Коэффициент полезного действия
- Номинальная частота вращения
- Момент инерции ротора
- Номинальное напряжение
- Электрическая постоянная времени
- Механическая характеристика
Момент электродвигателя
Вращающий момент (синонимы: вращательный момент, крутящий момент, момент силы) — векторная физическая величина, равная произведению радиус вектора, проведенного от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы.
,
- где M – вращающий момент, Нм,
- F – сила, Н,
- r – радиус-вектор, м
Справка: Номинальный вращающий момент Мном, Нм, определяют по формуле
,
- где Pном – номинальная мощность двигателя, Вт,
- nном — номинальная частота вращения, мин -1 [4]
Начальный пусковой момент — момент электродвигателя при пуске.
Справка: В английской системе мер сила измеряется в унция-сила (oz, ozf, ounce-force) или фунт-сила (lb, lbf, pound-force)
1 oz = 1/16 lb = 0,2780139 N (Н)
1 lb = 4,448222 N (Н)момент измеряется в унция-сила на дюйм (oz∙in) или фунт-сила на дюйм (lb∙in)
1 oz∙in = 0,007062 Nm (Нм)
1 lb∙in = 0,112985 Nm (Нм)Мощность электродвигателя
Мощность электродвигателя — это полезная механическая мощность на валу электродвигателя.
Механическая мощность
Мощность — физическая величина, показывающая какую работу механизм совершает в единицу времени.
,
- где P – мощность, Вт,
- A – работа, Дж,
- t — время, с
Работа — скалярная физическая величина, равная произведению проекции силы на направление F и пути s, проходимого точкой приложения силы [2].
,
- где s – расстояние, м
Для вращательного движения
,
- где – угол, рад,
,
- где – углавая скорость, рад/с,
Таким образом можно вычислить значение механической мощности на валу вращающегося электродвигателя
Справка: Номинальное значение — значение параметра электротехнического изделия (устройства), указанное изготовителем, при котором оно должно работать, являющееся исходным для отсчета отклонений.
Коэффициент полезного действия электродвигателя
Коэффициент полезного действия (КПД) электродвигателя — характеристика эффективности машины в отношении преобразования электрической энергии в механическую.
,
- где – коэффициент полезного действия электродвигателя,
- P1 — подведенная мощность (электрическая), Вт,
- P2 — полезная мощность (механическая), Вт
-
При этом потери в электродвигатели обусловлены:
- электрическими потерями — в виде тепла в результате нагрева проводников с током;
- магнитными потерями — потери на перемагничивание сердечника: потери на вихревые токи, на гистерезис и на магнитное последействие;
- механическими потерями — потери на трение в подшипниках, на вентиляцию, на щетках (при их наличии);
- дополнительными потерями — потери вызванные высшими гармониками магнитных полей, возникающих из-за зубчатого строения статора, ротора и наличия высших гармоник магнитодвижущей силы обмоток.
КПД электродвигателя может варьироваться от 10 до 99% в зависимости от типа и конструкции.
Международная электротехническая комиссия (International Electrotechnical Commission) определяет требования к эффективности электродвигателей. Согласно стандарту IEC 60034-31:2010 определено четыре класса эффективности для синхронных и асинхронных электродвигателей: IE1, IE2, IE3 и IE4.
Частота вращения
- где n — частота вращения электродвигателя, об/мин
Момент инерции ротора
Момент инерции — скалярная физическая величина, являющаяся мерой инертности тела во вращательном движении вокруг оси, равна сумме произведений масс материальных точек на квадраты их расстояний от оси
,
- где J – момент инерции, кг∙м 2 ,
- m — масса, кг
Справка: В английской системе мер момент инерции измеряется в унция-сила-дюйм (oz∙in∙s 2 )
1 oz∙in∙s 2 = 0,007062 kg∙m 2 (кг∙м 2 )
Момент инерции связан с моментом силы следующим соотношением
,
- где – угловое ускорение, с -2 [2]
,
Справка: Определение момента инерции вращающейся части электродвигателя описано в ГОСТ 11828-86
Номинальное напряжение
Номинальное напряжение (англ. rated voltage) — напряжение на которое спроектирована сеть или оборудование и к которому относят их рабочие характеристики [3].
Электрическая постоянная времени
Электрическая постоянная времени — это время, отсчитываемое с момента подачи постоянного напряжения на электродвигатель, за которое ток достигает уровня в 63,21% (1-1/e) от своего конечного значения.
,
- где – постоянная времени, с
Механическая характеристика
Механическая характеристика двигателя представляет собой графически выраженную зависимость частоты вращения вала от электромагнитного момента при неизменном напряжении питания.
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
Из чего делают современные двигатели: новые материалы на службе автопроизводителей
Следуя современным веяниям в сфере автомобилестроения, крупнейшие производители стремятся сделать конструкцию авто как можно легче. Это позволит увеличить мощность и соблюсти все нормы экологических предписаний. Основной деталью автомобиля, конечно же, был и остается его двигатель. Для изготовления «сердец автомобилей» используются новые материалы, о которых мы и поговорим далее.
Современные автомобильные двигатели
Важно понимать, что процесс создания двигателя для авто как раньше, так и сейчас – довольно консервативная отрасль в машиностроении.
Большая часть агрегатов серийного производства изготавливается с применением таких материалов как:
- Чугун;
- Сталь;
- Алюминиевые сплавы.
Из чего состоят двигатели современных авто
Сегодня, благодаря появлению новых материалов и технологий, применяются, казалось бы, совсем неподходящие для этих целей компоненты.
Активно внедряются пластмассы. Изготовленные из пластика узлы систем впуска и охлаждения сейчас уже никого не удивляют. Отличие современных моторов от аналогов прошлых лет состоит в том, что для их создания производители используют весьма неожиданные материалы. Рост внедрения маслостойких и теплоустойчивых пластиков дал возможность создать такие детали как:
- Пластмассовые картеры ДВС;
- Клапанные крышки;
- Корпуса внутренних конструкций двигателя.
В надёжности современных двигателей авто сомневаться не приходится. Они, как и прежде, делятся на три основные категории: бензиновые, дизельные и электрические. Примерно так классифицируются автомобильные двигатели, которые применяются на современном автомобильном производстве и по сей день.
Металлы двигателей автомобилей
Можно упомянуть титановые сплавы, которые стремятся использовать в конструкции машин. Для двигателей этот прочный, легкий и достаточно эластичный материал с уникальной химической стойкостью используется неохотно, т.к. стоимость его достаточно высока.
Металлокерамическая матрица также весьма оригинальный материал. В процессе её производства используется технология Nicasil, которая подразумевает применение гальванического метода, а основой матрицы служит твёрдый никель.
Выводы
Область применяемости новейших решений в сфере двигателестроения имеет чёткий вектор, который ориентирован на снижение массы и улучшение прочих характеристик автомобиля в целом. Суперматериалы либо не нужны вовсе, либо их внедрение не представляется возможным из-за физико-химической специфики свойств, применяемых для создания двигателей материалов.
Современное автомобилестроение все больше склоняется в сторону электротехнологий, заменяя вредные для окружающей среды дизельные и бензиновые моторы.
Электродвигатель – мощная сила прогресса
.jpg)
Изобретение промышленного электродвигателя в XIX веке вывело промышленность на новый шаг развития, во многих областях заменив ручной труд. Компактный и производительный, электродвигатель вскоре стал одним из главных элементов производства, и вытеснил многие виды двигателей отовсюду, где явилось возможным подвести электрический ток. В XXI веке электродвигатели стали незаменимы в быту (барабаны стиральных машин, вентиляторы, механизмы кофемолок, кухонных комбайнов, электрических мясорубок, ручной электроинструмент), транспорте (метро, троллейбусы), авиации. В современной промышленности их широко применяют на электрических станциях, в приводах различных видов станков, конвейеров, машин, промышленных вентиляторов, компрессоров и насосов. На сегодняшний день электродвигатель постоянно используется практически во всех областях человеческой деятельности.
Принцип действия электродвигателя основан на преобразовании электрической энергии в механическую (на основе принципа электромагнитной индукции), с побочным эффектом образования и выделения тепла. Электродвигатель состоит из неподвижной части — статора (в асинхронных и синхронных машинах переменного тока) или индуктора (в двигателях постоянного тока) и подвижной части — ротора (фазного с обмоткой или короткозамкнутого, для асинхронных и синхронных двигателей переменного тока) или якоря — подвижной части машин постоянного тока. На маломощных двигателях постоянного тока в качестве индуктора очень часто применяют постоянные магниты.
Основные характеристики электродвигателей:
— номинальная частота вращения вала,
Классификация электродвигателей
По принципу возникновения вращающего момента электродвигатели можно разделить на магнитоэлектрические (наиболее распространенные) и гистерезисные.
По типу потребляемой энергии магнитоэлектрические двигатели подразделяют на: двигатели постоянного тока и двигатели переменного тока, универсальные двигатели (могут питаться обоими видами тока).
Двигатели переменного тока по принципу работы делят на синхронные и асинхронные.
Двигатели переменного тока по количеству фаз подразделяют на:
— однофазные (запускаются вручную, либо с помощью имеющейся пусковой обмотки или фазосдвигающей цепи),
— двухфазные (в т. ч. конденсаторные),
— трёхфазные (наиболее распространены),
Двигатели постоянного тока по наличию щеточно-коллекторного узла подразделяют на:
По степени защищенности различают:
— открытые (без приспособлений для защиты от попадания внутрь пыли, газов, посторонних предметов, от случайного прикосновения к вращающимся и токоведущим частям);
— каплезащищенные (с приспособлениями для защиты внутренних частей от попадания вертикально падающих капель воды);
— закрытые (внутренняя полость отделена от внешней среды защитной оболочкой), к ним относят также герметически закрытые электродвигатели;
— взрывозащищенные (применяют во взрывоопасных помещениях).
По методу монтажа различают вертикальные, фланцевые, интегрированные электродвигатели и т. п.
Самыми распространенными в современной промышленности, сельском хозяйстве, строительстве и ЖКХ являются асинхронные электродвигатели. Они нашли широкое применение благодаря высокой надежности, простоте обслуживания и возможности работы непосредственно от сети переменного тока. Основная часть стандартных асинхронных двигателей, выпускаемых в России, рассчитана на напряжение сети 380 В при частоте 50 Гц.
Ниже приведены правила маркировки асинхронных трехфазных короткозамкнутых двигателей:
Пример обозначения: АИР ( B , C , E ) 100 L ( S , M ) ( A , B , C ) 2 IM 1081 У3 S 1 IP 54
АИР, ДАТ, 5А, АИММ и т.д. – обозначение серии, наименование завода-изготовителя,
B – встраиваемые, C – с повышенным скольжением, E — однофазные
100, 90, 80, 71, 63, 56, 112 и т.д. – габарит – высота оси вращения
L – ( long ), S – ( short ), M – ( middle ) – установочный размер по длине корпуса
A , B , C – обозначение длины магнитопровода статора (сердечника)
2, 4, 6, 8 – число полюсов
1031, 2081, 3081 – конструктивное исполнение по виду монтажа
У3 – климатическое исполнение по ГОСТ 15150-69
S 1 – режим работы
IP 54 – степень защиты по ГОСТ 17494-87
Синхронные электродвигатели отличаются от асинхронных значительно большей мощностью и полезной нагрузкой. Они способны развивать мощность до 20 000 кВт. Синхронные двигатели применяют в машиностроении, автономном электроснабжении, в качестве силовых машин в компрессорных установках высокой производительности.
Для отдельных отраслей промышленности выпускают специализированные двигатели, например электробуровые, краново-металлургические и др.
Применение энергосберегающих электродвигателей
Вопросы энергосбережения во многих странах мира связаны не только со снижением эксплуатационных затрат при использовании электродвигателей, но и с экологическими проблемами, возникающими при производстве электроэнергии. Поэтому ведущие фирмы производят стандартные асинхронные электродвигатели мощностью 15-30 кВт (и более) с энергосберегающими свойствами, получаемыми за счет снижения потерь электроэнергии более чем на 10 %. Энергосберегающие электродвигатели за счет более высокого КПД окупают свою стоимость за 2-3 года, по сравнению со своими аналогами по мощности и оборотам. Срок окупаемости более мощных двигателей меньше при большей годовом объеме наработки и более высоком коэффициенте загрузки.
В наличии в Промснабе представлены электродвигатели асинхронные, взрывозащищенные, крановые, многоскоростные, однофазные, электродвигатели повышенного скольжения. Также у нас представлены комплектующие к электродвигателям, шкивы и втулки. Мы предлагаем вам широкий выбор профильной для Промснаба продукции по выгодным ценам.
По всем вопросам звоните и пишите пожалуйста нашему менеджеру:
Соколов Андрей Александрович
Тел.: (4912) 285-225, 285-223
Skype : sok _ aa
E — mail : sokolov @ promsnab 62. ru