Значения тока, приведенные ниже, относятся к стандартным трехфазным четырехполюсным асинхронным электродвигателям с КЗ ротором (1500 об/мин при 50 Гц, 1800 об/мин при 60 Гц). Данные значения представлены в качестве ориентира и могут варьироваться в зависимости от производителя электродвигателя и количества полюсов.

Что такое электродвигатель?

Электродвигатель — это устройство, преобразующее электрический ток в механическое вращение шпинделя или ротора. Во многих приложениях вращение превращается в линейное движение.

Как работает электродвигатель?

Электродвигатели имеют множество вариантов и опций; например двигатели постоянного тока — щеточные или бесщеточные и двигатели переменного тока — индукционные (или асинхронные) и синхронные. Двигатели могут работать при различных напряжениях в зависимости от области применения и имеющегося источника питания.

Работа двигателя зависит от двух свойств электрического тока. Во-первых, электрический ток, протекающий по проводу или катушке, создает магнитное поле.

Во-вторых, изменение тока на в проводнике, например, от источника переменного тока, будет индуцировать напряжение в проводнике (самоиндукция) или во вторичном проводе (взаимная индуктивность). Протекание тока в цепи вторичного проводника также будет создавать магнитное поле, как указано выше.

Для магнита подобные полюса отталкиваются, а разные полюса притягиваются. Во всех двигателях конструкция использует это свойство для обеспечения непрерывного вращения ротора.

На приведенной ниже диаграмме показана форма трехфазного переменного тока; каждая фаза разделена фазовым углом 120 ⁰ , как показано на векторной диаграмме посередине.

При определенном фазовом угле будет результирующее направление для поля, которое может быть вычислено путем сложения векторов; постоянный магнит (ы) в роторе будет смотреться так, чтобы быть выровненным с направлением поля, и по мере того, как форма волны переменного тока «прогрессирует» во времени, ротор будет вращаться, как показано.

Для 30 °:

Для 90 °:

Для 180 °:

И так далее в течение одного полного цикла (360 ⁰ ), где ротор фактически вернется в исходное положение и снова повторит процесс.

Как выбрать электродвигатель?

Не все приложения подходят для использования трехфазного синхронного двигателя; Несмотря на то, что размер двигателя эффективен для его мощности, указанный выше двигатель будет слишком большим, например, для привода DVD-плеера.Кроме того, трехфазное питание не было бы идеальным для домашних (или большинства коммерческих) ситуаций; Таким образом, применение является важным фактором при определении размера и напряжения питания.

Мощность (через крутящий момент), требуемая от двигателя, является жизненно важным фактором; каковы динамические аспекты приложения — нагрузка, ускорение / замедление и расстояния, на которые необходимо перемещаться в радиальном или боковом направлении?

Также важна стабильность скорости вращения; двигатель должен работать с постоянной скоростью даже на низких оборотах?

Наконец, необходимо учитывать условия окружающей среды — какова рабочая температура и могут ли возникнуть проблемы с водой или пылью? Будет ли двигатель работать во взрывоопасной среде и требовать ли он соответствия требованиям ATEX?

Типы электродвигателей

Как указано выше, существует множество вариантов двигателей; с питанием от постоянного или переменного тока и различных напряжений, в зависимости от области применения.

При выборе двигателей следует учитывать разницу между сервомоторами и шаговыми двигателями. Серводвигатель имеет механизм обратной связи — сигнал обратной связи сравнивается с заданным значением до тех пор, пока не будет нулевой разницы, когда двигатель достигнет желаемого положения.

Шаговый двигатель также предлагает управление, но его можно рассматривать как оцифрованную версию двигателя специальной конструкции. Несколько независимых обмоток статора (статор — это неподвижная часть двигателя) и специально разработанный ротор позволяют двигателю двигаться в указанное положение или угол против команды.

Шаговые двигатели идеально подходят для маломощных и недорогих приложений, таких как привод компакт-дисков. И наоборот, серводвигатели лучше подходят для приложений с большей мощностью, высоким ускорением и высокой точностью.

Типичные области применения электродвигателей

Электродвигатели находят широкое применение — в домашнем, например, стиральные машины для компакт-дисков, DVD-дисков и т. Д., И в коммерческом, например, в медицине, офисах и промышленности.В сочетании с линейным приводным механизмом типичными приложениями являются, в частности, автомобилестроение, транспортировка материалов, робототехника, продукты питания и напитки, упаковка.

Нужно ли мне что-нибудь еще для работы электродвигателей?

Необходимы подходящие источники электропитания и соответствующие кабели, ведущие к оборудованию. В любом применении двигатель должен быть подключен к его ведомым компонентам напрямую, через зубчатые колеса или ремни, и для этого может потребоваться гашение вибрации.Датчики температуры являются разумным дополнением, и в случае возможного перегрева потребуется вентилятор с соответствующей вентиляцией.

Кабели необходимы для подачи питания и сигналов управления между двигателем и приводом (см. Статью «Что такое электропривод»).

Электродвигатели Исследования и разработки

Управление автомобильных технологий (VTO) поддерживает исследования и разработки (НИОКР) по улучшению двигателей в гибридных и подключаемых к электросети электромобилях, уделяя особое внимание сокращению использования редкоземельных материалов, используемых в настоящее время для двигателей на постоянных магнитах.

В системе электропривода электродвигатель преобразует накопленную в батарее электрическую энергию в механическую энергию. Электродвигатели состоят из ротора (подвижная часть двигателя) и статора (неподвижная часть двигателя). Двигатель с постоянными магнитами включает в себя ротор, содержащий ряд магнитов, и статор с током (обычно имеющий форму железного кольца), разделенных воздушным зазором. Существует три типа электродвигателей, которые могут использоваться в гибридных или подключаемых системах тягового привода электромобилей.

• Двигатели с внутренним постоянным магнитом (IPM) имеют высокую удельную мощность и поддерживают высокий КПД в большом проценте рабочего диапазона. Почти все гибридные и подключаемые к электросети электромобили используют в тяговых двигателях редкоземельные постоянные магниты. Из-за высокой стоимости изготовления магнитов и ротора эти двигатели относительно дороги. Другие проблемы при использовании двигателей IPM включают ограниченную доступность и высокую стоимость редкоземельных магнитных материалов.Несмотря на проблемы, автомобильная промышленность ожидает продолжения использования двигателей IPM в большинстве электромобилей в течение следующего десятилетия.
• Асинхронные двигатели обладают высоким пусковым моментом и высокой надежностью. Однако их удельная мощность и общий КПД ниже, чем у двигателей IPM. Сегодня они широко доступны и распространены в различных отраслях промышленности, в том числе в некоторых серийных автомобилях. Поскольку эта технология двигателей является зрелой, маловероятно, что исследования могут привести к дополнительным улучшениям в эффективности, стоимости, весе и объеме для конкурентоспособных электромобилей будущего.
• Реактивные реактивные двигатели предлагают более дешевый вариант, который может быть прост в изготовлении. Они также имеют прочную конструкцию, которая может выдерживать высокие температуры и скорости. Однако они производят больше шума и вибрации, чем двигатели сопоставимых конструкций, что является серьезной проблемой для использования в транспортных средствах. Кроме того, вентильные реактивные электродвигатели менее эффективны, чем электродвигатели других типов, и требуют дополнительных датчиков и сложных контроллеров электродвигателей, что увеличивает общую стоимость системы электропривода.

НИОКР электродвигателей ВТО

VTO — снизить стоимость, объем и вес электродвигателей при сохранении или повышении производительности, эффективности и надежности. Чтобы достичь плановых затрат на 2022 год, исследования должны снизить стоимость двигателя на 50%.

Для достижения этих целей VTO и его партнеры изучают множество направлений исследований:

производителей электродвигателей | Поставщики электродвигателей

Список производителей электродвигателей

Электродвигатели переменного и постоянного тока имеют одно общее применение — приводное оборудование.В этом контексте техника может быть чем угодно, от грузовика до электрической зубной щетки.

Электродвигатели приводят в действие продукцию в бесчисленных отраслях промышленности, включая электронику, строительство, товары для дома и офиса, бытовую технику (двигатели смесителей, двигатели холодильников и т. Д.), Автомобилестроение, транспорт и промышленное производство. Самые большие электродвигатели используются для таких применений, как сжатие трубопроводов, движение судов и гидроаккумулирование, в то время как самые маленькие электродвигатели могут поместиться в электрических часах.

Электродвигатели появились в 1740-х годах, когда шотландский монах по имени Эндрю Гордон создал первое электростатическое устройство. Примерно 60 лет спустя, в 1820 году, французский физик Андре-Мари Ампер обнаружил, как можно создать механическую силу, облегчая взаимодействие между двумя проводниками с током. Он записал этот принцип, который позже стал известен как закон силы Ампера. От его имени мы также получили базовую единицу измерения электрического тока в системе СИ — ампер или ампер.

Через год после того, как Ампер открыл закон силы Ампера, британский ученый Майкл Фарадей успешно провел эксперименты, демонстрирующие этот принцип. Сначала он окунул проволоку в ртуть и прикрепил к ней постоянный магнит. Затем он пропустил через провод ток. Когда ток перемещался по проволоке, проволока вращалась вокруг магнита. Это доказало, что ток создает круговое магнитное поле вокруг провода. В 1822 году человек по имени Питер Барлоу провел аналогичный, но обновленный эксперимент.Во время своего эксперимента он окунул кончики звездообразного колеса (колеса Барлоу) в ртуть, когда оно вращалось. Его результаты его эксперимента перекликались с результатами Фарадея.

Подобные эксперименты установили определенные принципы, такие как электромагнитная индукция, которые позже ученые и инженеры могли использовать в качестве отправной точки. Например, в 1827 году венгерский священник и ученый Аньош Едлик построил первый узнаваемый электродвигатель — он содержал ротор, статор и коммутатор.Несколько лет спустя он построил модель автомобиля, работавшую от электродвигателя. В 1832 году британский ученый Уильям Стерджен построил первый электродвигатель постоянного тока. В 1834 году американский кузнец Томас Дэвенпорт изобрел электродвигатель с батарейным питанием, с помощью которого он приводил в движение гусеничные малолитражки. Через три года после этого Давенпорт и его жена Эмили запатентовали конструкцию первого электродвигателя, который можно было использовать в коммерческих целях. В 1840 году он использовал свой электродвигатель для привода станков и печатного станка, чтобы напечатать собственную газету по механике.Это была первая газета, печатавшаяся на электроэнергии. Изобретения Давенпорта были гениальными, но, поскольку батареи еще не были экономически жизнеспособными, он в конечном итоге обанкротился.

Примерно в то же время немецкий физик и инженер Мориц фон Якоби создал вращающийся электродвигатель, с помощью которого он мог приводить в движение небольшую электрическую лодку через реку. В 1871 году бельгийский инженер-электрик Зеноб Грамм построил первый двигатель постоянного тока, который приносил хоть какие-то деньги. В 1887 году Никола Тесла изобрел двигатель переменного тока, продукт, который использует переменный ток и не требует коммутатора.Примерно в то же время, в 1886 году, американец Фрэнк Дж. Спраг изобрел первый неискрящий двигатель постоянного тока, который мог продолжать двигаться с одинаковой скоростью независимо от нагрузки. Между 1887 и 1888 годами Спраг изобрел электрические тележки, которые инженеры впервые применили в Ричмонде, штат Вирджиния. В 1892 году он изобрел электрический лифт и спроектировал L-систему в Чикаго, более формально известную как Южная надземная железная дорога.

В 20 веке электромоторы изменили мир. Они сократили рабочую силу повсюду, от производственного цеха до дома, они сделали машины более эффективными, они повысили уровень жизни, они позволили производить более качественную продукцию и расширили возможности путешествий.Сегодня электродвигатели — неотъемлемая часть нашей жизни.

При выборе или разработке нестандартных двигателей для вас производители электродвигателей будут учитывать различные аспекты вашего применения, в том числе то, насколько быстро вы хотите, чтобы двигатель работал, как часто вы его используете, среду, в которой вы будет использовать его и загружать детали (вес, местоположение и т. д.). Основываясь на этих факторах, они будут выбирать между мощностью переменного тока и мощностью постоянного тока, мощностью в лошадиных силах / ваттах (выходная мощность), числом оборотов в минуту (оборотов в минуту), изменчивостью скорости и скоростью.фиксированная скорость вращения и текущие рейтинги. Производители также могут варьировать ваши электродвигатели по количеству роторов и магнитных полюсов статора и размерам. Узнайте больше, рассмотрев ваше приложение с потенциальными поставщиками.

Компоненты
В общем, электродвигатели состоят из ротора, статора, обмоток, воздушного зазора и коммутатора.

Ротор
В этом контексте ротор представляет собой движущуюся часть, которая передает механическую мощность при перемещении вала.Для достижения этого вращательного движения ротор обычно конструируется со встроенными токонесущими проводниками, которые взаимодействуют с магнитным полем, создаваемым статором. Однако в некоторых случаях ротор несет магниты, а статор удерживает проводники.

Статор
В отличие от ротора статор не движется. Скорее, это фиксированный компонент электромагнитной цепи двигателя. Как правило, он состоит из сердечника и постоянных магнитов или обмоток. Этот сердечник состоит из нескольких тонких металлических листов, называемых пластинами, которые используются для уменьшения потерь энергии.

Обмотки
Обмотки спиральные. Когда они наматываются на сердечник и после того, как на них подается ток, назначение этих катушек — формирование магнитных полюсов.

Воздушный зазор
Далее воздушный зазор — это расстояние между ротором и статором. Воздушный зазор обеспечивает большую часть низкого коэффициента мощности, при котором работают двигатели, за счет увеличения и уменьшения тока намагничивания по мере необходимости. Таким образом, поскольку большой воздушный зазор оказывает сильное негативное влияние на производительность двигателя и может вызвать механические проблемы, потери и шум, воздушный зазор должен быть как можно меньше.

Коммутатор
Наконец, коммутатор — это часть, используемая для периодического переключения направления тока между внешней цепью и ротором. Он используется с большинством двигателей постоянного тока и универсальными двигателями. Коммутатор состоит из цилиндра, состоящего из нескольких металлических контактов или контактных колец, сегментов и якоря, на котором сегменты вращаются. Два или более электрических контакта, называемых щетками, создают скользящий контакт с сегментами, прижимаясь к ним при их вращении, позволяя току проходить через них и достигать ротора.

Конфигурации
Все электродвигатели имеют две основные конфигурации полюса магнитного поля, из которых можно выбрать: явный полюс и невыраженный полюс.

Яркий полюс
Магнитное поле явнополюсной машины создается обмоткой, намотанной под лицевой стороной полюса.

Невыступающий полюс
В случае машины с невыпадающими полюсами, также известной как машина с круглым ротором или машина с распределенным полем, обмотки создают магнитное поле, будучи намотанными вокруг пазов на лицевых сторонах полюсов.

Затененный полюс
Третья конфигурация полюса, затененный полюс, задерживает фазу магнитного поля полюса. Для этого требуется обмотка, состоящая из медного стержня или кольца, называемая затеняющей катушкой, которая огибает определенную часть этого полюса.

Типы по источнику тока
Двигатели переменного тока питаются от приложенного переменного тока. Переменные токи, проходящие через катушки, создают вращающееся магнитное поле, которое, в свою очередь, передает крутящий момент на выходной вал.Им не нужен коммутатор. Общие источники питания переменного тока включают инверторы, генераторы и электрические сети.

Двигатели постоянного тока получают питание от постоянного тока. Напряжение, создаваемое токами, вызывает вращение обмотки якоря, в то время как невращающаяся обмотка каркаса поля якоря действует как постоянный магнит. Пользователи двигателей постоянного тока могут управлять своей скоростью, регулируя ток корпуса возбуждения или изменяя приложенное напряжение. Токи постоянного тока часто вырабатываются выпрямителями, электромоторами и батареями.

Универсальные двигатели могут работать как на переменном, так и на постоянном токе.

Типы по внутренней конструкции
Щеточные двигатели , иногда называемые коммутируемыми электродвигателями, являются одним из двух основных типов электродвигателей, которые классифицируются по внутренней конструкции. Щеточные двигатели, которые почти всегда используют постоянный ток, получили свое название от коммутатора, который поставляется с несколькими щетками. Эти щетки всегда сделаны из мягкого проводящего материала; почти исключительно производители используют углерод, иногда с добавлением медного порошка для улучшения проводимости.Пять основных типов щеточных двигателей: двигатели с раздельным возбуждением, двигатели с последовательной обмоткой постоянного тока, двигатели постоянного тока с постоянными магнитами, составные двигатели постоянного тока и двигатели с параллельной обмоткой постоянного тока.

Бесщеточные двигатели намного более эффективны, чем щеточные двигатели, и они быстро их заменяют. В этих двигателях вместо щеток используются датчики, известные как датчики на эффекте Холла, для передачи тока. Они состоят из трехфазной катушки, внешнего ротора с постоянным магнитом, электроники привода и датчика.Трехфазная катушка — это элемент двигателя, который ссылается на другой тип классификации двигателей, основанный на способах движения двигателя.

Мотор-редукторы используют зубчатые головки для изменения скорости.

Электродвигатели со ступицей — это двигатели, встроенные в ступицу колеса. Они напрямую приводят в движение колесо.

Типы по средствам движения
Наиболее распространенные классификации движения двигателей включают трехфазные двигатели, однофазные двигатели, линейные двигатели, шаговые двигатели и двигатели на 12 В.

Трехфазные электродвигатели отличаются простотой конструкции и высоким КПД. Обычно это тип асинхронного двигателя, трехфазные двигатели работают с использованием трех переменных токов, которые распределяют преобразованную механическую энергию.

Однофазные двигатели — еще один пример асинхронного двигателя. На этот раз они используют однофазный или однофазный источник питания двигателя, которым обычно является переменный ток.

Линейные двигатели вырабатывают механическую энергию по прямой или линейной линии.Другими словами, линейные двигатели обеспечивают движение в одной плоскости.

Шаговые двигатели во многом похожи на трехфазные синхронные двигатели. Основное различие между ними состоит в том, что, в то время как 3-фазные синхронные двигатели вращаются непрерывно, шаговые двигатели должны непрерывно запускаться и останавливаться. Шаговые двигатели широко используются в 3D-принтерах и роботах.

Двигатели 12 В генерируют движение, используя двенадцать вольт электроэнергии, что является стандартным.

Типы по методу преобразования энергии
Наконец, электродвигатели по-разному преобразуют энергию.Таким образом, двигатели делятся на синхронные, асинхронные, электростатические и серводвигатели.

Синхронные двигатели — это двигатель переменного тока. Они преобразуют напряжение в энергию, используя проходящий ток и ротор, которые движутся с одинаковой скоростью. Вместе эти элементы создают вращающееся магнитное поле. Синхронные двигатели обладают способностью поддерживать постоянную скорость при изменении крутящего момента.

Асинхронные двигатели , иногда называемые асинхронными двигателями, работают по принципу электромагнитной индукции.По сути, они работают, когда электрический проводник проходит через магнитное поле и впоследствии вырабатывает напряжение. Асинхронные двигатели дешевле синхронных.

Электростатические двигатели работают за счет притяжения и отталкивания электрического заряда. Обычно они потребляют много энергии, но доступны и меньшие модели, использующие более низкое напряжение. Например, небольшие электростатические двигатели являются обычными компонентами микромеханических систем (MEMS).

Серводвигатели работают с использованием сервомеханизмов (сервоприводов), которые обнаруживают ошибки и автоматически исправляют их.У них также есть встроенные микроконтроллеры, которые позволяют пользователям предлагать им перемещать точное количество градусов, когда они захотят. Серводвигатели исключительно малы. Они распространены в роботизированных приводах, автомобилях с дистанционным управлением и самолетах для хобби.

Электродвигатели имеют бесчисленное множество принадлежностей. Примеры распространенных аксессуаров для электродвигателей включают преобразователи фазы (используемые для преобразования мощности переменного тока в мощность постоянного тока и наоборот), подшипники, крышки вентиляторов, комплекты двигателей, монтажные комплекты, дождевики, комплекты тормозов, пульты дистанционного управления, контроллеры скорости / напряжения и распределительные коробки.

В Соединенных Штатах одним из наиболее важных наборов стандартов, связанных с электродвигателями, являются стандарты, разработанные NEMA или Национальной ассоциацией производителей электрооборудования. NEMA присваивает разным двигателям стандартные размеры, которые вы можете просмотреть в таблицах, которые они отправляют производителям. Другие стандартные требования связаны с вашей отраслью, областью применения и местоположением. Изучите стандарты, которым должны соответствовать ваши электродвигатели, поговорив с лидерами отрасли.

Если вы ищете электродвигатель, первое, что вам нужно сделать, это убедиться, что вы знаете свои характеристики. Мы рекомендуем, прежде чем звонить любым производителям, перечислить все, что вы ищете (или не ищете), включая данные вашего приложения, ваш бюджет, срок доставки, ваши предпочтения после доставки (помощь в установке, техническая поддержка и т. Д.) .) и ваши стандартные требования. Подробное обсуждение этих вопросов с компанией, производящей электромоторы, поможет вам понять, подходите ли вы друг другу.

Чтобы найти «правильную посадку», ознакомьтесь с высококачественными производителями, которые мы перечислили на этой странице. Просмотрите их профили и веб-страницы, чтобы узнать, подойдут ли они вам. Выберите трех или четырех главных претендентов, а затем позвоните каждому из них, чтобы обсудить вашу заявку. После того, как вы поговорите с каждым из них, сравните и сопоставьте свои разговоры и выберите тот, который, по вашему мнению, предложит вам лучший сервис в рамках вашего бюджета и временных рамок. Удачи!

Информационное видео об электродвигателях

Электродвигатели: что это такое и как они работают?

Электродвигатели используются постоянно для питания устройств, которые мы используем каждый день.Будь то вентилятор, охлаждающий вас в жаркий день, двигатель воздуходувки для листьев или электромобиль, без электродвигателей, мир был бы совсем другим.

Что такое электродвигатель?

Электродвигатель — это машина, которая может преобразовывать электрическую энергию в механическую (в частности, кинетическую энергию или энергию движения). Обычно это достигается за счет использования взаимосвязи между электричеством и магнетизмом.

Электродвигатели могут питаться от переменного тока, например, от сетевой розетки, или постоянного тока, например от аккумулятора.

Как работает электродвигатель?

Основной принцип, лежащий в основе электродвигателя, заключается в том, что должна быть катушка с проволокой, которая могла бы свободно вращаться в присутствии внешнего магнитного поля.

Когда ток проходит через катушку с проволокой, взаимодействие между током и полем создает крутящий момент, заставляющий катушку вращаться. Это вращение можно использовать, например, для вращения шин на игрушечной машине, или оно может приводить в движение коленчатый вал и преобразовывать вращательное движение в поступательное.

Как сделать свой собственный электродвигатель

Иногда лучший способ понять, как работает двигатель, — это построить его самостоятельно. Вы можете построить простой двигатель постоянного тока из обычных предметов домашнего обихода.

Посылая ток через провод тщательно продуманной формы в присутствии магнитного поля, мы можем создать часть нашей цепи, которая будет вращаться, позволяя нам преобразовывать электрическую энергию в механическую.

Сделайте катушку из проволоки, обернув ее вокруг ячейки «D» 1.Аккумулятор 5 В несколько раз (аккумулятор служит формой; снимите катушку, когда закончите намотку). Оставьте примерно 2-3 см торча с обоих концов. Убедитесь, что все витки намотаны в одном направлении.

Катушка должна быть хорошо сбалансирована на этих концах, чтобы она легко поворачивалась при установке в подставку, предусмотренную скрепками. Вы должны удерживать катушку вместе, скручивая последнюю петлю вокруг катушек, чтобы намотать катушки вместе.

Когда катушка находится в показанном положении, с одного из концов провода, который будет контактировать со скрепками, изоляция должна быть удалена только с нижней стороны.Другой конец должен быть полностью обнажен в месте контакта со скрепкой. Таким образом, примерно половину времени через катушку будет проходить ток.

Согните две скрепки так, чтобы они удерживали катушку, как показано, и закрепили их на месте.

Поместите постоянный магнит под катушку.

Подключите источник питания, например батарею D, которую вы использовали в качестве формы, к скрепкам.

Попробуйте запустить двигатель, слегка покрутив катушку. Попробуйте, настройте, попробуйте, настройте, попробуйте и снова настройтесь, пока не добьетесь успеха!

Как это работает?

Если катушка ориентирована, как показано на изображении, ток проходит через катушку по часовой стрелке, а магнитное поле направлено вверх, тогда верх катушки будет ощущать силу, указывающую наружу (относительно экрана компьютера, на котором вы это смотрите. ), и нижняя часть катушки почувствует направленную внутрь силу.Это заставит катушку вращаться.

Когда ваша катушка повернется на 180 градусов, ток будет течь против часовой стрелки. Однако, поскольку вы сняли половину провода, ток не будет течь, пока катушка перевернута. Это сделано для того, чтобы у нас не возникла сила в противоположном направлении, заставляющая катушку реверсировать, а не продолжать.

При условии, что первоначальный толчок из-за поля достаточно силен, катушка перевернется на 180 градусов, совершая полный оборот, к концу которого ток течет таким образом, что сила заставляет ее сделать еще один оборот, как и раньше. .Если все достаточно хорошо сбалансировано, мотор должен вращаться довольно быстро и долго.

Детали коммерческого двигателя

К компонентам коммерческого двигателя относятся следующие:

Якорь — это силовая часть двигателя. Он может быть расположен на роторе (вращающаяся часть) или на статоре (неподвижная часть). Якорь состоит из катушек проволоки, которые взаимодействуют с магнитным полем при прохождении тока.В нашем самодельном двигателе катушка была якорем и ротором, а скрепки — статором.

Щетки позволяют передавать ток на ротор при его вращении. В нашем самодельном моторе точка контакта скрепок и медного провода служила той же цели.

Коммутатор служит для периодического изменения направления тока. Это необходимо для двигателя постоянного тока или двигателя постоянного тока, но обычно не требуется для двигателя переменного тока или двигателя переменного тока, потому что ток уже меняет направление.Мы достигли тока включения / выключения в нашем двигателе, оставив одну сторону контактного провода изолированной.

Полевой магнит Полевой магнит или полевые катушки (электромагниты) создают необходимое магнитное поле.

Ось представляет собой стержнеобразную деталь, совмещенную с осью вращения ротора, так что она вращается вместе с ротором. Горизонтальные концы нашего самодельного мотора были по сути осью.

Шестерня — это небольшая шестерня, которая может использоваться для передачи движения двигателя другому объекту или части машины.

Типы электродвигателей

Существует много различных типов электродвигателей. Хотя сначала они подразделяются на двигатели переменного или постоянного тока, возможны и многие другие варианты. Будь то тяжелые, легкие, сельскохозяйственные или общие, здесь перечислены лишь некоторые из множества типов.

Однофазный двигатель работает от одного источника переменного тока.

Трехфазный двигатель — это двигатель, который приводится в действие тремя переменными токами одинаковой частоты, не совпадающими по фазе друг с другом.

Синхронный двигатель — это двигатель, период вращения которого кратен частоте переменного тока.

В асинхронном двигателе или , , электрический ток в роторе создается за счет электромагнитной индукции из магнитного поля обмотки статора.

Шаговый двигатель — это бесщеточный двигатель постоянного тока, который прерывает полный оборот на равные ступени. Мотор может двигаться и удерживаться на любом из шагов.

Электрогенераторы

Электрогенераторы являются реверсом электродвигателей; они берут механическую энергию и преобразуют ее в электрическую. Это можно сделать разными способами.

Например, энергия ветра может использоваться для вращения лопастей вентилятора ветрогенератора, которые вращают ротор внутри генератора, и возникающая в результате электромагнитная индукция вызывает протекание тока. Подобным образом работают гидроэлектростанции: падающая вода вращает лопасти турбины.

Заткнись насчет батарей: ключ к лучшему электромобилю — это более легкий мотор

Keep On Turning: двигатель авторов представляет собой усовершенствование другой конструкции, в которой не использовались магниты для смещения поля. Фотографии: Технологический институт Карлсруэ

В течение первого десятилетия 1900-х годов 38 процентов всех автомобилей в Соединенных Штатах работали на электричестве, и эта доля снизилась практически до нуля, когда в 20-е годы доминировал двигатель внутреннего сгорания.Сегодняшние усилия по экономии энергии и сокращению загрязнения дали электромобилю новую жизнь, но его высокая стоимость и ограниченный диапазон поездок в совокупности удерживают показатели продаж на низком уровне.

Большинство попыток решить эти проблемы связаны с улучшением аккумуляторов. Конечно, более совершенные системы хранения электроэнергии — будь то батареи или топливные элементы — должны оставаться частью любой стратегии по совершенствованию электромобилей, но есть много возможностей для улучшения и в другом фундаментальном компоненте транспортного средства: двигателе.Последние четыре года мы работали над новой концепцией тягового электродвигателя, используемого в электромобилях и грузовиках. Наша последняя разработка значительно повышает эффективность по сравнению с традиционными конструкциями — достаточно, чтобы сделать электромобили более практичными и доступными.

В прошлом году мы протестировали наш прототип двигателя в ходе обширных испытаний на лабораторном стенде, и хотя пройдет некоторое время, прежде чем мы сможем поместить машину в автомобиль, у нас есть все основания ожидать, что он будет работать так же хорошо в этих условиях.Таким образом, наш двигатель может расширить диапазон сегодняшних электромобилей, даже если в технологии аккумуляторов не будет дальнейшего прогресса.

Чтобы понять проблему, необходимо сделать краткий обзор основ конструкции электродвигателя. По сравнению с двигателями внутреннего сгорания электродвигатели просты и состоят всего из нескольких важных компонентов. По механическим причинам требуется корпус; его называют статором, потому что он остается на месте. Ротор необходим для вращения вала и создания крутящего момента.Чтобы двигатель работал, статор и ротор должны магнитно взаимодействовать, чтобы преобразовать электрическую энергию в механическую.

В этом магнитном интерфейсе концепции электродвигателей различаются. В щеточных двигателях постоянного тока постоянный ток протекает через щетки, которые скользят по коммутатору. Ток проходит через коммутатор и питает обмотки ротора. Эти обмотки отталкиваются постоянными магнитами или электромагнитами в статоре. Когда щетки скользят по коммутатору, он периодически меняет направление тока, так что магниты ротора и статора отталкиваются друг от друга снова и снова в такой последовательности, которая заставляет ротор вращаться.Другими словами, вращательное движение вызывается изменяющимся магнитным полем, создаваемым коммутатором, который подключает катушки к источнику питания и циклически меняет ток по мере вращения ротора. Однако этот метод ограничивает крутящий момент и подвержен износу; поэтому он больше не используется для тяговых приводов.

В современных электромобилях вместо этого используется переменный ток, питаемый от инвертора. Здесь динамическое вращающееся магнитное поле создается внутри статора, а не ротора.Эта характеристика облегчает конструктивные ограничения ротора, как правило, более сложного из двух, что, в свою очередь, облегчает общую конструкторскую проблему.

Есть два типа двигателей переменного тока: асинхронные и синхронные. Мы сосредоточимся на синхронных, потому что они обычно работают лучше и эффективнее.

Река протекает сквозь него: при улучшенном охлаждении вода пропускается непосредственно через змеевик (слева), а не через водяную рубашку на внешней стороне корпуса (справа). Изображение: Мартин Доппельбауэр и Патрик Винцер

Синхронные двигатели также бывают двух разновидностей. Наиболее распространенной является синхронная машина с постоянными магнитами (PMSM), в которой используются постоянные магниты, встроенные в ротор. Как отмечалось выше, чтобы заставить ротор вращаться, в статоре создается вращающееся магнитное поле. Это вращающееся поле создается обмотками статора, подключенными к источнику переменного тока. Во время работы полюса постоянных магнитов ротора заблокированы для вращающегося магнитного поля статора, которое заставляет ротор вращаться.

Эта конструкция, которая используется в Chevrolet Volt and Bolt, BMW i3, Nissan Leaf и многих других автомобилях, позволяет достичь максимальной эффективности до 97 процентов. Их постоянные магниты обычно сделаны из редкоземельных элементов; примечательными примерами являются очень мощные неодимовые магниты, разработанные в 1982 году компаниями General Motors и Sumitomo.

Явнополюсные синхронные машины (SPSM) используют электромагниты внутри ротора, а не постоянные магниты. Полюса представляют собой катушки в форме труб, которые направлены наружу от ступицы ротора, как спицы в колесе.Эти электромагниты в роторе питаются от источника постоянного тока, который подключен к катушкам через контактные кольца. Контактные кольца — в отличие от коммутатора в машине постоянного тока — не реверсируют ток в катушках ротора. Таким образом, северный и южный полюса ротора статичны, и щетки изнашиваются не так быстро. И, как и в PMSM, движение ротора вызывается вращающимся магнитным полем статора.

Из-за необходимости подачи питания на электромагниты ротора через контактные кольца, эти двигатели обычно имеют немного более низкий пиковый КПД, в диапазоне от 94 до 96 процентов.Преимущество, которое они имеют перед PMSM, заключается в возможности регулировки поля ротора, что позволяет ротору эффективно развивать крутящий момент на более высоких скоростях по сравнению с PMSM. Таким образом, общие характеристики при использовании в качестве двигателя автомобиля могут быть выше. Единственный производитель, который использует этот тип двигателя в серийных автомобилях, — это Renault в своих моделях Zoe, Fluence и Kangoo.