Как работает двигатель внутреннего сгорания

В данной статье мы расскажем об устройстве двигателя, его компонентах, о том, как они работают вместе, какие могут возникнуть неполадки и как увеличить производительность.

 
Содержание статьи

 

1. 
   Введение
2. 
   Внутреннее сгорание
3. 
   Устройство двигателя
4. 
   Неполадки двигателя
5. 
   Клапанный механизм и система зажигания двигателя
6. 
   Системы охлаждения, воздухозабора и запуска двигателя
7. 
   Читайте также » Системы смазки, подачи топлива, выхлопа и электросистема двигателя
8. 
   Увеличение мощности двигателя
9. 
   Часто задаваемые вопросы по двигателям
10. 
    Чем 4-цилиндровый двигатель отличается от V-образного шестицилиндрового двигателя?
11. 
    Узнать больше
12. 
    Читайте также Статьи про все типы двигателей

 

 

Бензиновый автомобильный двигатель предназначен для преобразования энергии бензинового топлива для движения автомобиля. В настоящий момент самым простым способом привести автомобиль в движение является сгорание бензина в двигателе. В связи с тем, что двигатель автомобиля является двигателем внутреннего сгорания, сгорание топлива происходит внутри двигателя.

 

На заметку:

 

• 
  Существуют различные типы двигателей внутреннего сгорания. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.
• 
  Также существуют и двигатели внешнего сгорания. Паровые двигатели в поездах старого образца и пароходах являются наглядным примером двигателей внешнего сгорания. В паровых двигателях топливо (уголь, дрова, масло и т.д.) сгорает вне двигателя для получения пара, который уже приводит двигатель в движение. Внутреннее сгорание является более эффективным (расход топлива на 1км значительно ниже) чем внешнее сгорание, помимо этого размеры двигателей внутреннего сгорания намного меньше двигателей внешнего сгорания. Именно поэтому нам не встречаются автомобили Ford или GM на паровых двигателях.

 
Внутреннее сгорание

 

Принцип работы любого поршневого двигателя внутреннего сгорания: Если поместить небольшой объем высокоэнергетического топлива (например, бензина) в небольшой закрытый сосуд и воспламенить, то в результате высвободится огромное количество энергии в виде расширяющегося газа. Этой энергии хватит для запуска картофелины на 1510м. В данном случае энергия используется для движения картофелины. Данную энергию можно использовать в более интересных целях. Например, если у Вас получится создать цикл, который позволит производить взрывы с частотой несколько сотен раз в минуту, и если Вам удастся эффективно использовать данную энергию, то Вы получите основную часть автомобильного двигателя!

 

Рисунок 1

 

На сегодняшний день практически во всех автомобилях используется так называемый четырехтактный цикл сгорания для преобразования энергии топлива в механическую энергию. Четырехтактный принцип работы также называют Цикл Отто, в честь Николауса Отто, который изобрел его в 1867г. Все четыре такта представлены на рисунке 1. Эти такты:

 

• 
  Такт впуска
• 
  Такт сжатия
• 
  Рабочий такт
• 
  Такт выпуска

 

На рисунке видно, что в картофельной пушке картофелина заменена устройством, которое называется поршень. При помощи шатуна поршень соединяется с коленчатым валом. При вращении коленвала создается эффект «перезарядки пушки». Во время цикла в двигателе происходят следующие процессы:

 

1. 
   Поршень начинает движение сверху, впускной клапан открывается, поршень движется вниз для наполнения цилиндра воздухом и бензином. Это такт впуска. На данном этапе для смеси топлива и воздуха требуется лишь небольшое количество бензина. (Часть 1 рисунка)
2. 
   Затем поршень движется вверх, сжимая топливно-воздушную смесь. Сжатие способствует более мощному взрыву. (Часть 2 рисунка)
3. 
   Как только поршень достигает верхней точки, срабатывает свеча зажигания, которая воспламеняет топливо. Происходит взрыв бензина, при этом поршень движется вниз. (Часть 3 рисунка)
4. 
   Как только поршень достигает нижней точки хода, открывается выпускной клапан для вывода продуктов сгорания по выхлопной трубе. (Часть 4 рисунка)

 

Теперь двигатель готов к началу следующего цикла, происходит впуск топлива и воздуха.

Обратите внимание, что движение, получаемое в результате работы двигателя внутреннего сгорания, является вращательным, в то время как движение, производимое картофельной пушкой — линейное (прямая линия). В двигателе линейное движение поршней переводится во вращательное движение при помощи коленвала. Вращательное движение идеально подходит для вращения колес автомобиля.

 

В следующем разделе мы предлагаем рассмотреть детали, которые обеспечивают работу двигателя, начиная с цилиндров.

 

 
Устройство двигателя

 

Цилиндр является самой важной частью двигателя, поршень совершает поступательные движения в цилиндре. Вышеописанный двигатель имеет один цилиндр. Такой двигатель типичен для газонокосилок, однако в автомобильные двигатели имеют более одного цилиндра (обычно четыре, шесть или восемь). В многоцилиндровых двигателях цилиндры расположены в одном из трех порядков: линейно, V-образно или оппозитно (т.н. двигатель с горизонтальными противолежащими цилиндрами или оппозитный двигатель).

 

Рисунок 2. Линейное расположение — Цилиндры расположены линейно в один ряд.

 

Рисунок 3. V-образное — Цилиндры расположены линейно в два ряда под углом друг к другу.

 

Рисунок 4. Оппозитное — Цилиндры расположены линейно в два ряда с противоположных сторон двигателя.

 

Говоря об управляемости, затратах на производство и характеристиках формы, необходимо отметить, что различные конфигурации имеют свои преимущества и недостатки. Благодаря этим преимуществам и недостаткам определенные типы двигателей подходят для определенных автомобилей.

 

Давайте более подробно рассмотрим основные детали двигателя.

 
Свеча зажигания

Свеча зажигания подает искру для воспламенения топливно-воздушной смеси, что обеспечивает процесс сгорания. Для правильной работы двигателя искра должна подаваться в строго определенный момент.

 
Клапаны

Впускной и выпускной клапаны открываются в определенный момент для впуска топлива и воздуха и выпуска выхлопа. Обратите внимание, что оба клапана закрыты во время тактов сжатия и сгорания для обеспечения герметичности камеры сгорания.

 
Поршень

Поршень — это металлическая деталь цилиндрической формы, которая движется вверх и вниз внутри цилиндра.

 
Поршневые кольца

Поршневые кольца обеспечивают скользящее уплотнение между внешней кромкой поршня и внутренней кромкой цилиндра. Кольца используются для двух целей:

 

• 
  Они препятствуют попаданию топливно-воздушной смеси в картер из камеры сгорания в процессе такта сжатия и рабочего такта.
• 
  Они препятствуют попаданию масла из картера в камеру сгорания, где оно может сгореть.

 

Большинство автомобилей, которые «жгут масло» и требуют его добавления каждые 1000 км, имеют старые двигатели, поршневые кольца которых уже не могут обеспечивать надлежащее уплотнение.

 
Шатун

Шатун соединяет поршень и коленвал. Он может вращаться с обеих сторон для изменения угла во время движения поршня и вращения коленвала.

 
Коленвал

Коленвал преобразует поступательное движение поршней во вращательное как рычаг «чертика из табакерки».

 
Картер

Картер окружает коленвал. В нем находится некоторое количество масла, которое собирается в нижней части картера (поддоне картера).

 

Далее мы узнаем о неполадках двигателя.

 
Неполадки двигателя

 

Итак, одним прекрасным утром Вы садитесь в машину, а двигатель не заводится… Что же случилось? Теперь, когда Вы знакомы с принципом работы двигателя, Вы сможете разобраться с основными проблемами, которые мешают запуску двигателя. Три наиболее частые неполадки: плохая топливная смесь, недостаточная компрессия, отсутствие искры. Помимо вышеперечисленных, могут возникнуть тысячи других проблем, но мы остановимся на «большой тройке». Основываясь на простом двигателе, который мы описывали, мы расскажем о том, как эти проблемы могут повлиять на Ваш двигатель:

 
Плохая топливная смесь — Данная проблема может возникнуть по нескольким причинам:

 

• 
  У Вас закончился бензин, поэтому в двигатель поступает только воздух без топлива.
• 
  У Вас забилось впускное отверстие воздуха, поэтому поступает только топливо.
• 
  Топливная система подает слишком много или мало топлива, в результате чего сгорание не происходит надлежащим образом.
• 
  Возможно, в топливе присутствуют примеси (например, в бензобак попала вода), которые препятствуют сгоранию.

 
Недостаточная компрессия — Если топливно-воздушная смесь не будет сжата надлежащим образом, процесс сгорания будет проходить неправильно. Недостаточная компрессия может быть вызвана рядом причин:

 

• 
  Износ поршневых колец (топливно-воздушная смесь вытекает за пределы поршня в процессе сжатия).
• 
  Недостаточное уплотнение клапана впуска или выпуска, что опять же вызывает протечку.
• 
  В цилиндре имеются повреждения.

 

Наиболее часто повреждение цилиндра происходит в его верхней части (на которой установлены клапаны, свеча зажигания и которая называется головка цилиндра) крепится к самому цилиндру. Обычно головка цилиндра крепится к самому цилиндру при помощи болтового соединения с использованием тонкой прокладки, которая обеспечивает качественное уплотнение.. При повреждении прокладки, между цилиндром и его головкой образуются небольшие отверстия, в результате чего происходят протечки.

 

Регулярное техническое обслуживание может помочь избежать ремонта

 
Отсутствие искры — Искра может быть слишком слабой или отсутствовать вообще по следующим причинам:

 

• 
  При износе свечи зажигания или ее провода может наблюдаться слабая искра.
• 
  При повреждении или обрыве провода или система, передающая искру, не функционирует надлежащим образом, искра может отсутствовать.
• 
  Если искра подается слишком рано или поздно во время цикла (т.е. если регулировка зажигания отключена), воспламенение топлива не произойдет в нужный момент, что может повлечь к различным проблемам.

 

Могут возникнуть и другие неполадки. Например:

 

• 
  Если аккумулятор разряжен, Вы также не сможете завести двигатель.
• 
  Если подшипники, которые обеспечивают свободное вращение коленвала, изношены, коленвал не сможет вращаться, в результате чего двигатель не заведется.
• 
  Если открытие/закрытие клапанов не происходит в нужный момент и не происходит вообще, воздух не сможет поступать и выходить, что будет препятствовать работе двигателя.
• 
  Если кто-то засунет картофелину Вам в выхлопную трубу, выхлоп не будет выпущен из цилиндра, поэтому двигатель не заведется.
• 
  Если у Вас закончилось масло, поршень не сможет свободно двигаться в цилиндре, в результате чего двигатель заклинит.
• 
  В исправно работающем двигателе все эти факторы находятся в допустимых пределах.

 

Как Вы видите, в двигателе имеется несколько систем, которые обеспечивают преобразование энергии топлива в механическую энергию. В следующих разделах мы рассмотрим различные подсистемы, которые используются в двигателях.

 

 
Клапанный механизм и система зажигания двигателя

 

Большинство подсистем двигателя может быть установлено с использованием различных технологий, а новые технологии могут улучшить показатели двигателя. Далее мы рассмотрим различные подсистемы, которые используются в современных двигателях, начиная с клапанного механизма.

 

Клапанный механизм состоит из клапанов и механизма, который открывает и закрывает их. Открывающая и закрывающая система называется распредвал. Распредвал имеет кулачки, которые перемещают клапаны вверх-вниз ,как показано на Рисунке 5.

 

Рисунок 5. Распредвал

 

В большинстве современных автомобилей используются так называемые верхнерасположенные распредвалы. Распредвал имеет кулачки, которые перемещают клапаны вверх-вниз, как показано на Рисунке 5. Кулачки воздействуют на клапаны напрямую или посредством очень короткой тяги. В старых моделях двигателей распредвал расположен в картере рядом с коленвалом. Штифты соединяют нижнюю часть кулачков с толкателями клапанов, расположенными над клапанами. В таком устройстве имеется больше движущихся частей, в результате чего возникает отставание между временем активации кулачка и последующим перемещением клапана. Ремень ГРМ или цепь ГРМ соединяет коленвал с распредвалом таким образом, чтобы клапаны двигались синхронно с поршнями. Скорость вращения распредвала в два раза ниже, чем у коленвала. Во многих мощных двигателях на каждый цилиндр установлено по четыре клапана (два впускных и два выпускных), такая конструкция требует наличия двух распредвалов на блок цилиндров, отсюда и название «двухраспредвальный вид головки». Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает распредвал».

 
Система зажигания (Рисунок 6) генерирует электрический разряд высокого напряжения и передает его от свечи зажигания по проводам зажигания. Вначале заряд поступает на распределитель, который Вы легко можете найти под капотом большинства автомобилей. Распределитель имеет один провод, входящий в центре и четыре, шесть или восемь проводов (в зависимости от количества цилиндров), выходящие их него. Эти провода зажигания передают заряд на каждую свечу зажигания. Зажигание двигателя отрегулировано таким образом, что за один раз искру от распределителя получает только один цилиндр. Такая конструкция обеспечивает максимальную равномерность работы. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает автомобильная система зажигания».

 

Рисунок 6. Система зажигания

 

В следующем разделе мы рассмотрим, как происходит запуск, охлаждение и циркуляция воздуха в двигателе.

 

 
Системы охлаждения, воздухозабора и запуска двигателя

 

В большинстве автомобилей система охлаждения состоит из радиатора и водяного насоса. Охлаждающая жидкость циркулирует по охлаждающей рубашке цилиндров, затем попадает в радиатор для охлаждения. В некоторых автомобилях (преимущественно в Volkswagen Жук) и в большинстве мотоциклов и газонокосилок используется воздушное охлаждение двигателей (двигатель с воздушным охлаждением легко узнать по ребрам на внешней стороне цилиндров, которые рассевают тепло). Двигатели с воздушным охлаждением намного легче, но охлаждаются хуже, что снижает их срок эксплуатации и производительность. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает система охлаждения».

На схеме представлено соединение патрубков системы охлаждения

 

Итак, теперь Вы знаете, что и как охлаждает двигатель Вашего автомобиля. Но почему так важна циркуляция воздуха? Большинство двигателей является безнаддувными, т.е. воздух поступает через воздушные фильтры непосредственно в цилиндры. Более мощные двигатели либо имеют турбонаддув, либо наддув, т.е. воздух поступает в двигатель под давлением (для подачи в цилиндр большего объема топливно-воздушной смечи) для увеличения мощности двигателя. Уровень сжатия воздуха называется наддув. При турбонаддуве используется небольшая турбина, установленная на выхлопную трубу для вращения нагнетающей турбины входящим потоком воздуха. Турбокомпрессор устанавливается непосредственно на двигатель для вращения компрессора.

 
Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает турбокомпрессор».

 

Увеличение мощности двигателя — это, конечно, хорошо, но что же происходит когда Вы поворачиваете ключ? Система запуска состоит из электростартера и соленоида стартера. При повороте ключа зажигания, стартер несколько раз проворачивает двигатель для начала процесса сгорания. Для запуска холодного двигателя требуется мощный стартер. Стартер должен преодолеть:

 

• 
  Любое собственное трение, вызванное поршневыми кольцами
• 
  Давление сжатия любого из цилиндров во время такта сжатия
• 
  Энергию, необходимую для открытия и закрытия клапанов распредвалом
• 
  А также действие всех остальных деталей, установленных непосредственно на двигателе, например водяного насоса, масляного насоса, генератора и т.д.

 

В связи с тем, что требуется большое количество энергии и в автомобилях используется 12-вольтная электросистема, на стартер должен поступать ток в несколько сотен ампер. Соленоид стартера — это большой электронный переключатель, который может выдержать ток такой силы. При повороте ключа зажигания, он запускает соленоид для подачи питания на стартер.

 

В следующем разделе мы расскажем о подсистемах двигателя, которые отвечают за то, что в него поступает (масло и топливо) и что выходит (выхлоп и выбросы).

 
Системы смазки, подачи топлива, выхлопа и электросистема двигателя

 

Когда дело касается повседневного обслуживания, скорее всего Вас, прежде всего, заинтересует количество бензина в бензобаке Вашего автомобиля. Каким же образом бензин, которым Вы заправляетесь, заставляет работать цилиндры? Топливная система при помощи насоса подает топливо из бензобака и смешивает его с воздухом в определенных пропорциях для того, чтобы топливно-воздушная смесь затем поступала в цилиндры. Существует три способа подачи топлива: карбюрация, впрыск во впускные каналы и непосредственный впрыск.

 

• 
  При карбюрации устройство, которое называется карбюратор, смешивает бензин с воздухом при подаче воздуха в двигатель.
• 
  В двигателях с впрыском топлива необходимое количество топлива впрыскивается в каждый цилиндр отдельно либо над впускным клапаном (впрыск во впускные каналы), либо в сам цилиндр (непосредственный впрыск).

 

Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает система впрыска топлива».

 

Масло также играет очень важную роль. Система смазки обеспечивает подачу масла для каждой движущейся детали для того, чтобы они свободно двигались. Прежде всего, смазка требуется поршням (для их плавного движения в цилиндрах) и подшипникам, которые обеспечивают вращение таких деталей, как коленвал и распредвал. В большинстве автомобилей масла из поддона картера подается при помощи масляного насоса, проходит через масляный фильтр для удаления абразивных частиц, после чего под давлением поступает на подшипники и стенки цилиндра. Затем масло стекает обратно в картер, где оно собирается, после чего цикл повторяется.

 

Выхлопная система автомобиля Porsche 911

 

Теперь, когда Вы уже кое-что знаете о том, что заливается в автомобиль, давайте рассмотрим, что же из него выходит. Выхлопная система состоит из выхлопной трубы и глушителя. Если глушитель не установлен, то Вы сможете услышать звуки тысяч небольших взрывов, доносящихся из выхлопной трубы. Глушитель заглушает эти звуки. Выхлопная система также включает в себя и каталитический дожигатель выхлопных газов. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает каталитический дожигатель выхлопных газов».

 

В большинстве современных автомобилей система понижения токсичности выхлопа состоит из каталитического дожигателя выхлопных газов, и набора датчиков и приводов и компьютера, который отслеживает и регулирует происходящие процессы. Например, каталитический дожигатель использует катализатор и кислород для сжигания неотработанного топлива и некоторых других химических веществ, содержащихся в выхлопе. Датчик кислорода отвечает за количество кислорода в выхлопе, достаточное для работы катализатора, при необходимости датчик производит дополнительную регулировку.

 

Что еще помимо бензина питает Ваш автомобиль? Электросистема состоит из аккумулятора и генератора. Генератор соединяется с двигателем при помощи ремня и генерирует ток для зарядки аккумулятора. Аккумулятор подает 12 вольт на все системы, которым требуется электропитание (система зажигания, радио, фары, стеклоочистители, электрические стеклоподъёмники и сиденья с электрическим приводом регулировки, компьютеры и т.д.).

 

Теперь, когда Вы все узнали про подсистемы двигателя, мы расскажем о том, как увеличить мощность двигателя.

 

 
Увеличение мощности двигателя

 

Прочитав данную статью, Вы увидите, что существует множество способов увеличения показателей Вашего двигателя. Производители автомобилей постоянно экспериментируют со следующими параметрами для увеличения мощности двигателя или снижения расхода топлива.

 
Увеличение рабочего объема — Большой рабочий объем способствует увеличению мощности, т.к. при каждом обороте двигателя сгорает больше топлива. Увеличить рабочий объем можно, установив большие или дополнительные цилиндры. Практика показывает, что не имеет смысла устанавливать более 12 цилиндров.

 
Увеличение степени сжатия — Увеличение степени сжатия способствует увеличению мощности. Однако, чем сильнее происходит сжатие топливно-воздушной смеси, тем выше вероятность ее самовозгорания (еще до срабатывания свечи зажигания). Высокооктановый бензин предотвращает раннее сгорание топлива. Именно по этой причине мощные автомобили необходимо заправлять высокооктановым бензином — в их двигателях используется более высокая степень сжатия для увеличения мощности.

Увеличение объема подаваемой смеси — При увеличении подачи воздуха (и, соответственно, топлива), не изменяя размер цилиндра, можно увеличить мощность (точно также, как при увеличении размера цилиндра). Турбокомпрессоры и компрессоры наддува повышают давление поступающего воздуха, благодаря чему в цилиндр можно подать больше воздуха. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает турбокомпрессор».

 
Охлаждение поступающего воздуха — При сжатии воздуха, его температура повышается. Поэтому лучше обеспечивать подачу более холодного воздуха в цилиндр, т.к. чем выше температура воздуха, тем меньше его расширение при сгорании. По этой причине во многих двигателях с наддувом и турбонаддувом используются охладители воздуха. Охладитель воздуха — это специальный радиатор, по которому сжатый воздух проходит для охлаждения перед подачей в цилиндр. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает система охлаждения».

 
Облегчение подачи воздуха  — При движении поршня вниз во время такта впуска, сопротивление воздуха может снизить мощность двигателя. Сопротивление воздуха может быть снижено благодаря установке двух впускных клапанов на каждый цилиндр. В некоторых современных автомобилях используются полированные впускные коллекторы для снижения сопротивления воздуха. Установка больших воздушных фильтров также может улучшить подачу воздуха.

 
Облегчение выпуска выхлопа — При выпуске выхлопа из цилиндра, сопротивление воздуха может снизить мощность двигателя. Сопротивление воздуха может быть снижено благодаря установке двух выпускных клапанов на каждый цилиндр (автомобиль с двумя впускными и двумя выпускными клапанами имеет по четыре клапана на каждый цилиндр, что увеличивает мощность двигателя — когда Вы слышите рекламу автомобиля, в которой говорится, что у него 4 цилиндра и 16 клапанов, это означает, что в двигателе установлено по четыре клапана на каждый цилиндр). Если выхлопная труба слишком узкая или сопротивление воздуха в глушителе слишком высокое, то это может создать противодавление, что также снизит мощность. В высокоэффективных выхлопных системах используются выпускные коллекторы, широкие выхлопные трубы и глушители для предотвращения образования противодавления в выхлопной системе. Поэтому, когда Вы слышите, что в автомобиле установлена «раздельная система выпуска», это значит, что для улучшения выпуска отработанных газов используется две выхлопных трубы вместо одной.

 
Снижение массы — Чем легче детали, тем эффективнее работает двигатель. Каждый раз, когда поршень меняет направления движения, он затрачивает энергию на то, чтобы прекратить движение в одну сторону и начать в другую. Чем легче поршень, тем меньше энергии ему требуется.

 
Впрыск топлива — Система впрыска топлива обеспечивает очень точное дозирование топлива для каждого цилиндра. Благодаря этому увеличивается мощность и снижается расход топлива. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает система впрыска топлива».

 

  
Часто задаваемые вопросы по двигателям

 

Ниже приведены наиболее часто задаваемые вопросы наших читателей, а также ответы на них:

 

• 
  Чем отличаются бензиновые и дизельные двигатели? В дизельных двигателях отсутствует свеча зажигания. Дизельное топливо подается в цилиндр, возгорание происходит под действием тепла и давления во время такта сжатия. Энергетическая плотность дизеля значительно выше, чем у бензина, поэтому дизельный двигатель рассчитан на больший пробег. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает дизельный двигатель».

• 
  Чем отличаются двухтактные и четырехтактные двигатели? В большинстве бензопил и лодочных моторов используются двухтактные двигатели. В двухтактном двигателе отсутствуют клапаны, а свеча зажигания дает искру каждый раз, когда поршень находится в верхней точке хода. Через отверстие в нижней части стенки цилиндра происходит впуск топлива и воздуха. Когда поршень движется вверх, сжимая смесь, свеча зажигания дает искру для начала процесса сгорания, отработанные газы выходят через другое отверстие в стенке цилиндра. В двухтактных двигателях необходимо смешивать масло с бензином, т.к. отверстия в стенках цилиндров не допускают использование уплотнительных колец для герметизации камеры сгорания. В общем, двухтактные двигатели являются достаточно мощными для своих размеров, т.к. в них на один поворот двигателя происходит в два раза больше циклов сгорания. Однако, двухтактный двигатель расходует больше бензина и сжигает большое количество масла, соответственно, он наносит больший вред экологии. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает двухтактный двигатель».

• 
  В этой статье Вы упоминали паровые двигатели — существуют ли какие-либо преимущества паровых двигателей или других двигателей внешнего сгорания? Единственное преимущество паровых двигателей заключается в том, что в качестве топлива можно использовать все, что горит. Например, в паровом двигателе в качестве топлива можно использовать уголь, газеты, дрова, в то время как для работы двигателя внутреннего сгорания требуется очищенное высококачественное жидкое или газообразное топливо. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает паровой двигатель».

• 
  Используются ли в автомобильных двигателях какие-либо другие циклы помимо цикла Отто? Как говорилось ранее, в двухтактных и дизельных двигателях используются другие циклы работы. В двигателе автомобиля Mazda Millenia используется модифицированный цикл Отто, который называется цикл Миллера. В газотурбинных двигателях используется цикл Брайтона. В дизельных ротационных двигателях Ванкеля используется цикл Отто, однако он происходит совершенно по-другому в отличие от четырехтактных поршневых двигателей.

• 
  Зачем нужно устанавливать восемь цилиндров? Почему нельзя установить один большой цилиндр с таким же рабочим объемом, как у восьми цилиндров? По ряду причин в 4.0л двигателе используется восемь цилиндров объемом пол-литра каждый, а не один большой 4-литровый цилиндр. Основная причина — это равномерность работы. V-образный восьмицилиндровый двигатель работает более равномерно, т.к. в нем происходит восемь взрывов с равными интервалами вместо одного сильного взрыва. Другая причина — это начальный крутящий момент. Когда Вы заводите V-образный восьмицилиндровый двигатель, Вам необходимы только два цилиндра (1л) во время их тактов сжатия, если использовать один большой цилиндр, то придется производить сжатие 4 литров.

 
Чем 4-цилиндровый двигатель отличается от V-образного шестицилиндрового двигателя?

 

Количество цилиндров в двигателе играет важную роль в его мощности. Каждый цилиндр имеет поршень, который движется внутри него, эти поршни соединены с коленвалом и вращают его. Чем больше используется поршней, тем больше происходит сгораний топлива в определенный момент времени. Это означает, что за меньшее время может быть выработано больше мощности.

 

4-цилиндровые двигатели обычно имеют «прямое» или «линейное» расположение цилиндров, в то время как в 6-цилиндровых двигателях используется более компактное V-образное расположение, поэтому они и называются V-образные 6-цилиндровые двигатели. Американские производители автомобилей остановили свой выбор на V-образных 6-цилиндровых двигателях, т.к. являются более мощными и тихими, оставаясь при этом достаточно легкими и компактными для установки в автомобили.

 

4-цилиндровый двигатель с линейным расположением цилиндров автомобиля Lotus Elise

 

Исторически сложилось так, что американские автовладельцы отвернулись от 4-цилиндровых двигателей, считая их медленными, слабыми, работающими неравномерно и дающими слабое ускорение. Однако, когда такие японские производители автомобилей, как Honda и Toyota стали устанавливать мощные 4-цилиндровые двигатели в 1980-х и 90-х, американцы по достоинству оценили эти компактные двигатели. Даже, несмотря на то, что такие японские автомобили, как Toyota Camry имели огромный успех по сравнению с  аналогичными моделями американских производителей, в США продолжался выпуск автомобилей с 6-цилиндровыми двигателями, т.к. считалось, что американцам необходимы мощные автомобили. На сегодняшний день, в связи с ростом цен на бензин и обострившейся экологической ситуацией, Детройт переходит на 4-цилиндровые двигатели благодаря их низкому расходу топлива и меньшим выбросам в атмосферу.

 

3,8л V-образный 6-цилиндровый двигатель с турбонаддувом автомобиля Nissan GT-R.

 

Что касается будущего 6-цилиндровых двигателей, то за последние годы были максимально устранены различия между 4-цилиндровыми и 6-цилиндровыми двигателями. Для того, чтобы соответствовать требованиям низкого расхода бензина и уровня выхлопных газов, производители приложили много усилий по улучшению работы 6-цилиндровых двигателей. Большинство современных автомобилей с 6-цилиндровыми двигателями соответствуют стандартам расхода топлива уровня выхлопов, установленных для компактных 4-цилиндровых двигателей. Таким образом, различия в эффективности и мощности этих двух типов двигателей ослабевают, и принятие решения о покупке 4-цилиндрового или 6-цилиндрового двигателя сводится к их стоимости. Что касается моделей автомобильных, доступных с обоими типами двигателей, конфигурация с 4-цилиндровым двигателем стоит дешевле до $1000 по сравнению с 6-цилиндровым. Таким образом, независимо от мощности автомобиля, 4-цилиндровый двигатель поможет Вам сэкономить.

 

И, напоследок: Не стоит пытаться установить 6-цилиндровый двигатель на автомобиль, в котором изначально стоял 4-цилиндровый. Переоборудование автомобиля с 4-цилиндровым двигателем для установки 6-цилиндрового может обойтись Вам дороже, чем покупка нового автомобиля.

 

 

Источник:  https://auto.howstuffworks.com/

Как работает двигатель?

Важно ли понимать устройство двигателя для обычного пользователя автомобиля? Это как минимум необходимо для правильной эксплуатации мотора. Например, знаете ли вы про 9-цилиндровый мотор БМВ или что такое объем двигателя? За пять минут расскажем просто обо всем важном.

Виды моторов

Двигатель внутреннего сгорания представляет собой достаточно сложную конструкцию. Существуют двух- и четырехтактные двигатели. Наиболее распространены 4-тактные моторы в автомобилях и мотоциклах. Двухтактники также могут применяться в транспорте, но чаще их используют для некоторых видов водных и даже воздушных судов. Двухтактные моторы устанавливают в мотокосах, бензопилах и прочем строительном бензоинструменте.

Конструкторы успели придумать такое множество агрегатов, попадающих под определение ДВС. Мы будем рассматривать наиболее привычные варианты. Рассмотрим 4-тактный мотор. Чтобы понять порядок и принципы его работы, разберемся, из чего он состоит:

• цилиндры, в которых располагаются поршни;
• коленчатый вал;
• газораспределительный механизм.

К этому добавим системы зажигания, подачи топлива и отвода отработанных газов, а также смазки и охлаждения двигателя.

Основные подходы к классификации силовых установок:

1. По количеству цилиндров.
2. По расположению цилиндров.
3. По виду топлива.

1. Цилиндров чаще всего бывает от одного до шести. Более мощные автомобили могут использовать, например, 8, 12 или 16 цилиндров.

2. В рядном двигателе цилиндры на коленчатом валу располагаются один за другим в ряд. Увеличить мощность двигателя без существенного изменения размеров можно путем удвоения количества цилиндров. При этом один ряд поршней располагается относительно второго ряда под углом 90 градусов. Такой тип двигателя называется V-образным. Существует еще и оппозитный тип мотора, когда два ряда поршней располагаются под углом 180 градусов. Такие двигатели, например, применяются в автомобилях Subaru. За счет особенностей расположения цилиндров автомобиль получает более низкий центр тяжести и вибрацию при работе, а также минимальную высоту капота.

3. ДВС может работать на бензине и дизтопливе. Отличие заключается в том, что в бензиновом моторе топливо подается смешанное с воздухом и зажигается с помощью искры от свечи. У дизельного мотора топливо и воздух подаются раздельно, воспламенение происходит от высокой температуры сжатого газа. Вместо бензина в двигателе со смешанным топливом может использоваться газ, например, метан.

В одной модели автомобиля часто используется целая линейка двигателей с разными характеристиками на выбор покупателя. Например, в популярной BMW 5-й серии (Е60) может использоваться рядный 4-цилиндровый дизельный двигатель (M47), рядный 6-цилиндровый турбодизель (М57) или мощный 10-цилиндровый бензиновый V-образник (S85).

А вот 9-цилиндровый двигатель БМВ ставили на самолеты, и располагались цилиндры относительно друг друга в виде звезды.

Порядок работы двигателя

Вернемся к двух- и четырехтактным двигателям. Конструкции двухтактных моторов могут сильно различаться и быть как проще, так и намного сложнее четырехтактных собратьев. За счет меньшего количества оборотов мощность двухтактников выше, но экономичность хуже. Маленькие по размерам и мощности моторы не требуют сложной системы охлаждения, масло для смазки добавляется непосредственно с топливом в камеру сгорания.

Один такт – это движение поршня внутри цилиндра вверх или вниз. Работа 4-тактного мотора состоит из:

• впуска;
• сжатия;
• рабочего хода;
• выпуска.

У двухтактной силовой установки впуск происходит во время сжатия (первый такт), а рабочий ход совмещен с выпуском отработанных газов (второй такт).

Теперь подробнее о четырехтактном процессе.

В цилиндре находится поршень, который с помощью шатуна крепится к коленвалу. Сверху цилиндра находятся впускные и выпускные клапаны, а также свеча. Внутренний объем всех цилиндров составляет так называемый объем двигателя.

Поршень может находиться в верхней точке цилиндра (верхняя мертвая точка), нижней (нижняя мертвая точка) или перемещаться между ними.

В первом такте открывается впускной клапан и поршень опускается. Таким образом, цилиндр наполняется либо смесью топлива и воздуха, либо только воздухом (для дизельного мотора).

Во втором такте поршень идет вверх, сжимая содержимое и параллельно увеличивая его давление и температуру. В конце такта свеча зажигания создает искру, в результате чего происходит детонация топливной смеси в бензиновом двигателе. В дизельном же свеча не используется, а топливо подается в последний момент такта, которое возгорается за счет высокого давления и температуры воздуха.

В третьем и основном такте работы мотора высвобождаемая от взрыва энергия двигает поршень вниз. Именно в этот момент создается сила, которая заставляет коленчатый вал вращаться, а от него вращается и маховик двигателя.

На четвертом такте поршень поднимается к верхней мертвой точке при открытом выпускном клапане. При этом удаляются отработанные газы. Далее цикл из четырех тактов повторяется.

Если в двигателе используется несколько цилиндров, движение их поршней управляется газораспределительным механизмом таким образом, чтобы цилиндры одновременно находились на разных тактах. Систем управления газораспределением существует несколько − от механических распредвалов до электронных процессоров.

Все движимые детали обязательно должны охлаждаться и смазываться. Температура в момент детонации достигает нескольких тысяч градусов. Охлаждение, как правило, производится с помощью жидкости, которая отбирает тепло у деталей двигателя. Далее жидкость сама должна охладиться и снова вернуться в мотор. Превышение допустимых температур может привести к практически моментальному разрушению силовой установки.

В легковых автомобилях количество оборотов коленвала может достигать восьми тысяч в минуту. Для минимизации механического износа система смазки должна работать идеально. Поэтому важно следить за уровнем моторного масла и работоспособностью масляного насоса. Системы смазки и охлаждения могут страдать из-за загрязнения, что ведет к сужению или перекрытию каналов движения жидкостей.

Как работает двигатель автомобиля – «сердечные» дела вашей машины

Прежде, чем рассматривать вопрос, как работает двигатель автомобиля, необходимо хотя бы в общих чертах разбираться в его устройстве. В любом автомобиле установлен двигатель внутреннего сгорания, работа которого основана на преобразовании тепловой энергии в механическую. Заглянем глубже в этот механизм.

Как устроен двигатель автомобиля – изучаем схему устройства

Классическое устройство двигателя включает в себя цилиндр и картер, закрытый в нижней части поддоном. Внутри цилиндра находится поршень с различными кольцами, который перемещается в определенной последовательности. Он имеет форму стакана, в его верхней части располагается днище. Чтобы окончательно понять, как устроен двигатель автомобиля, необходимо знать, что поршень с помощью поршневого пальца и шатуна связывается с коленчатым валом.

Для плавного и мягкого вращения используются коренные и шатунные вкладыши, играющие роль подшипников. В состав коленчатого вала входят щеки, а также коренные и шатунные шейки. Все эти детали, собранные вместе, называются кривошипно-шатунным механизмом, который преобразует возвратно-поступательное перемещение поршня в круговое вращение коленчатого вала.

Верхняя часть цилиндра закрывается головкой, где расположены впускной и выпускной клапаны. Они открываются и закрываются в соответствии с перемещением поршня и движением коленчатого вала. Чтобы точно представить, как работает двигатель автомобиля, видео в нашей библиотеке следует изучить также подробно, как и статью. А пока мы попытаемся выразить его действие на словах.

Как работает двигатель автомобиля – кратко о сложных процессах

Итак, граница перемещения поршня имеет два крайних положения – верхнюю и нижнюю мертвые точки. В первом случае поршень находится на максимальном удалении от коленчатого вала, а второй вариант представляет собой наименьшее расстояние между поршнем и коленчатым валом. Для того чтобы обеспечить прохождение поршня через мертвые точки без остановок используется маховик, изготовленный в форме диска.

Важным параметром у двигателей внутреннего сгорания является степень сжатия, напрямую влияющая на его мощность и экономичность.

Чтобы правильно понять принцип работы двигателя автомобиля, необходимо знать, что в его основе лежит использование работы газов, расширенных в процессе нагревания, в результате чего и обеспечивается перемещение поршня между верхней и нижней мертвыми точками. При верхнем положении поршня происходит сгорание топлива, поступившего в цилиндр и смешанного с воздухом. В результате температура газов и их давление значительно возрастает.

Газы совершают полезную работу, благодаря которой поршень перемещается вниз. Далее через кривошипно-шатунный механизм действие передается на трансмиссию, а затем на автомобильные колеса. Отработанные продукты удаляются из цилиндра через систему выхлопа, а на их место поступает новая порция топлива. Весь процесс, от подачи топлива до вывода отработанных газов, называется рабочим циклом двигателя.

Принцип работы двигателя автомобиля – различия в моделях

Существует несколько основных видов двигателей внутреннего сгорания. Наиболее простым является двигатель с рядным расположением цилиндров. Расположенные в один ряд, они составляют в целом определенный рабочий объем. Но постепенно некоторые производители отошли от такой технологии изготовления к более компактному варианту.

Много моделей используют конструкцию V-образного двигателя. При таком варианте цилиндры расположены под углом друг к другу (в пределах 180-ти градусов). Во многих конструкциях количество цилиндров составляет от 6 до 12 и более. Это позволяет значительно сократить линейный размер двигателя и уменьшить его длину.

Таким образом, разнообразие двигателей позволяет успешно их использовать в автомобилях самого разного назначения. Это могут быть стандартные легковые и грузовые машины, а также спортивные авто и внедорожники. В зависимости от типа двигателя вытекают и определенные технические характеристики всей машины.

Оцените статью:

Поделитесь с друзьями!

Принцип работы двигателя, почему и что может поломаться

Расскажем, как работает двигатель внутреннего сгорания, какие неполадки возникают в работе и как продлить его жизненный цикл

Цель работы двигателя — преобразование бензина в движущую силу. Преобразовывается бензин в движущую силу путем сжигания внутри движка. Поэтому он и называется двигателем внутреннего сгорания.

Запомните две вещи:

1. Есть разные виды двигателей внутреннего сгорания:

• бензиновый двигатель;
• дизельный;
• дизель с турбонаддувом;
• газовый двигатель.

Различия у них в принципах работы, плюс у каждого свои преимущества и недостатки.

2. Бывают еще двигатели внешнего сгорания. Лучший пример — паровой двигатель парохода. Топливо (уголь, дерево, масло) сгорает вне двигателя, образовывая пар, который и есть движущая сила. Двигатель внутреннего сгорания более эффективен, так как ему нужно меньше топлива на километр пути. К тому же он намного меньше эквивалентного двигателя внешнего сгорания. Это объясняет, почему на улицах сейчас не ездят автомобили с паровыми движками.

Как работает система внутреннего сгорания двигателя

Принцип, лежащий в основе работы любого поршневого двигателя внутреннего сгорания: если вы поместите небольшое количество высокоэнергетического топлива, например бензина, в небольшое замкнутое пространство, и зажжете его, то при сгорании в виде газа высвобождается большое количество энергии. Если создать непрерывный цикл маленьких взрывов, скорость которых будет, например, сто раз в минуту, и пустить получаемую энергию в правильное русло, то получим основу работы двигателя.

Автомобили используют «четырехтактный цикл сгорания» для преобразования бензина в движущую силу четырех колесного автомобиля. Четырехтактный подход также известен как цикл Отто, в честь Николауса Отто, который изобрел его в 1867 году. К четырем тактам относятся:

• такт впуска;
• такт сжатия;
• такт горения;
• такт выведения продуктов сгорания.

Поршень двигателя в этой истории главный «работяга». Он своеобразно заменяет картофельный снаряд в картофельной пушке. Поршень соединен с коленчатым валом-шатуном. Как только коленчатый вал начинает вращение, происходит эффект «разряда пушки». Рассмотрим цикл сгорания бензина в цилиндре подробнее.

• Поршень находится сверху, затем открывается впускной клапан и поршень опускается, при этом движок набирает полный цилиндр воздуха и бензина. Это такт называется тактом впуска. Для начала работы достаточно смешать воздух с небольшой каплей бензина.
• Затем поршень движется обратно и сжимает смесь воздуха и бензина. Сжатие делает взрыв более мощным.
• Когда поршень достигает верхней точки, свеча испускает искры, чтобы зажечь бензин. В цилиндре происходит взрыв бензинового заряда, что заставляет поршень опуститься вниз.
• Как только поршень достигает дна, открывается выхлопной клапан, и продукты сгорания выводятся из цилиндра через выхлопную трубу.

Теперь двигатель готов к следующему такту и цикл повторяется снова и снова.

Теперь рассмотрим составные части автомобильного мотора, работа которых взаимосвязана. Начнем с цилиндров.

Составные части двигателя

Схема № 1

Основа двигателя – это цилиндр, в котором вверх-вниз двигается поршень. Двигатель, описанный выше, имеет один цилиндр. Это характерно для большинства газонокосилок, но в автомобильных движках цилиндров четыре, шесть и восемь. В многоцилиндровых моторах цилиндры обычно размещаются тремя способами: а) в один ряд; б) однорядно с наклоном от вертикали; в) V-образным способом; г) плоским способом (горизонтально-оппозитный).

У разных способов расположения цилиндров разные преимущества и недостатки с точки зрения гладкости в работе, производственных издержек и характеристик. Эти преимущества и недостатки делают разные способы расположения цилиндров подходящими для разных видов транспорта.

Свечи зажигания

Свечи зажигания дают искру, которая воспламеняет воздушно-топливную смесь. Искра должна вспыхнуть в нужный момент для безотказной работы двигателя. Если движок начинает работать нестабильно, дергается, слышно что «пыхтит» он сильнее чем обычно, вероятно одна из свечей перестала работать, ее нужно заменить.

Клапаны (см. схему №1)

Впускные и выпускные клапаны открываются, чтобы впустить воздух и топливо и выпустить продукты сгорания. Обратите внимание, оба клапана закрыты в момент сжатия и сгорания топливной смеси, обеспечивая герметичность камеры сгорания.

Поршень

Поршень – это цилиндрический кусок металла, который движется вверх-вниз внутри цилиндра двигателя.

Поршневые кольца

Поршневые кольца обеспечивают герметичность между скользящим внешним краем поршня и внутренней поверхностью цилиндра. У кольца два назначения:

• Во время тактов сжатия и сгорания кольца не дают утечь воздушно-топливной смеси и выхлопным газам из камеры сгорания.
• Кольца не дают моторному маслу попасть в зону сгорания, где оно будет уничтожено.

Если автомобиль начинает «подъедать масло» и приходиться подливать его каждые 1000 километров, значит двигатель автомобиля «устал» и поршневые кольца в нем сильно изношены. Такие кольца пропускают масло в цилиндры, где оно сгорает. По всей видимости, такому двигателю требуется капитальный ремонт.

Шатун

Шатун соединяет поршень с коленчатым валом. Он может вращаться в разные стороны и с обоих концов, т.к. и поршень и коленчатый вал находятся в движении.

Коленчатый вал (распределительный вал)

Схема № 2

Круговыми движениями коленчатый вал заставляет поршень двигаться вверх-вниз.

Маслосборник

Маслосборник окружает коленчатый вал и содержит определенное количество масла, которое собирается в нижней его части (в масляном поддоне).

Причины неполадок и перебоев в двигателе

Если автомобиль с утра не заводится

Если машина с утра не заводится, этому есть три основных причины:

• плохая топливная смесь;
• отсутствие сжатия;
• отсутствие искры.

Плохая топливная смесь — недостаток поступающего воздуха или бензина

Плохая топливная смесь поступает в движок в следующих случаях:

• Закончился бензин и в двигатель поступает только воздух. Бензин не воспламеняется, сгорания не происходит.
• Забиты воздухозаборники, и в движок не поступает воздух, который крайне необходим для такта сгорания.
• В топливе содержатся примеси (например, вода в бензобаке), которые препятствуют горению топлива. Меняйте бензоколонку.
• Топливная система подает слишком мало или слишком много топлива в смесь, следовательно, горение не происходит должным образом. Если смеси мало, то слабое воспламенения в цилиндре не может прокрутить цилиндр. Если смеси много, то заливает свечи и они не дают искру.

О «залитых» свечах подробнее: если машина не заводится, а бензонасос не перестает подавать топливо в цилиндры, то бензин не воспламеняется, а наоборот «тушит» свечи зажигания. Свечи с «подмоченной репутацией» нормальной искры для воспламенения смеси не дадут. Если открутив свечу обнаружите, что она «мокрая», сильно пахнет бензином — знайте, свечи «залило». Либо подсушите все 4 свечи, выкрутив их и отнеся в теплое помещение, либо посидите в незаведенной машине с нажатой педалью газа — дроссельная заслонка будет открыта и свечи немного подсохнут от поступающего воздуха.

Отсутствие сжатия

Если топливная смесь не сжимается, так как надо, то и не будет требуемого сгорания для работы машины. Отсутствие сжатия возникает по следующим причинам:

• Поршневые кольца двигателя изношены, поэтому воздушно-топливная смесь просачивается между стенкой цилиндра и поверхностью поршня.
• Один из клапанов неплотно закрывается, из-за чего смесь вытекает.
• В цилиндре есть отверстие.

Часто «дырки» в цилиндре появляются в том месте, где верхушка цилиндра присоединяется к самому цилиндру. Между цилиндром и головкой цилиндра есть тонкая прокладка, которая обеспечивает герметичность конструкции. Если прокладка прохудится, то между головкой цилиндра и самим цилиндром образуются отверстия, через которые образуется утечка смеси.

Отсутствие искры

Искра может быть слабой или вообще отсутствовать в случаях:

• Если свеча зажигания или провод, идущий к ней, изношены, то искра будет слабой.
• Если провод перерезан или отсутствует вообще, если система, посылающая искры вниз по проводу не работает, как нужно, то искры не будет.
• Если искра приходит в цикл слишком рано или слишком поздно, топливо не воспламениться в нужный момент, что повлияет на стабильную работу мотора.

Возможны и другие проблемы с двигателем. Например:

• Если аккумулятор на авто разряжен, то двигатель не сделает ни одного оборота, а автомобиль не заведется.
• Если подшипники, которые позволяют свободно вращаться коленчатому валу, изношены, коленчатый вал не провернется, а двигатель не запустится.
• Если клапаны не будут закрываться или открываться в нужный момент цикла, то работа двигателя будет невозможна.
• Если в автомобиле закончилось масло, поршни не смогут свободно двигаться в цилиндре, и двигатель застопорится.

В исправно — работающем двигателе описанных проблем быть не может. Если они появились, ждите беды.

Если выяснится, что аккумулятор просто разрядился, почитайте, как правильно «прикурить» от другого автомобиля.

Клапанный механизм двигателя и система зажигания

Разберем процессы происходящие в двигателе отдельно. Начнем с клапанного механизма, который состоит из клапанов и механизмов, открывающих и закрывающих проход топливным отходам. Система открытия и закрытия клапанов называется валом. На распределительном валу есть выступы, которые и двигают клапаны вверх и вниз.

Двигатели, в которых вал размещен над клапанами (бывает, что вал размещают внизу), имеют кулачки распредвала, которые регулируют порядок работы цилидров (см. схему №2). Кулачки вала воздействуют на клапаны напрямую или через очень короткие связующие звенья. Эта система настроена так, что клапаны синхронизированы с поршнями. Многие высокоэффективные двигатели имеют по четыре клапана на один цилиндр – два на вход воздуха и два на выход для продуктов сгорания, и такие механизмы требуют два распределительных вала на один блок цилиндров.

Система зажигания создает высоковольтный заряд и передает его на свечи зажигания через провода. Сначала заряд поступает в распределитель, который легко найти под капотом большинства легковых автомобилей. В центр распределителя подключен один провод, а из него выходит четыре, шесть или восемь других бронепроводов, в зависимости от количества цилиндров в двигателе. Эти провода посылают заряд на каждую свечу зажигания. Работа двигателя настроена так, что за один раз только один цилиндр получает заряд от распределителя, что гарантирует максимально плавную работу мотора.

Давайте подумаем, как заводится двигатель, как остывает и как в нем проходит циркуляция воздуха.

Система зажигания двигателя, охлаждения и набора воздуха

Система охлаждения в большинстве автомобилей состоит из радиатора и водяного насоса. Вода циркулирует вокруг цилиндров по специальным проходам, потом для охлаждения, она поступает в радиатор. В редких случаях двигатели автомобиля оснащены воздушной системой. Это делает двигатели легче, но охлаждение при этом менее эффективное. Двигатели с воздушной системой охлаждения, имеют меньший срок службы и меньшую производительность.

Существуют автомобильные двигателя с наддувом. Это когда воздух проходит через воздушные фильтры и попадает прямо в цилиндры. Наддув ставят в атмосферных движках. Для увеличения производительности некоторые двигатели оснащены турбонаддувом. Через турбонаддув воздух, который поступает в двигатель, уже находится под давлением, следовательно, в цилиндр втискивается больше воздушно-топливной смеси. За счет турбонаддува увеличивается мощь движка.

Повышение производительности автомобиля – это круто, но что же происходит, когда вы проворачиваете ключ в замке зажигания и запускаете автомобиль? Система зажигания состоит из электромотора, или стартера, и соленоида (реле стартера). Когда поворачивается ключ в замке зажигания, стартер вращает двигатель на несколько оборотов, чтобы начался процесс сгорания топлива. Чем мощнее мотор, тем сильнее нужен аккумулятор, чтобы дать ему толчок. Так как запуск двигателя требует много энергии, сотни ампер должны поступить в стартер для его запуска. Соленоид или реле стартера, это тот самый переключатель, который справляется с таким мощным потоком электричества. Когда вы проворачиваете ключ зажигания, соленоид активируется и запускает стартер.

Разберем подсистемы автомобильного мотора, отвечающие за то, что поступает в движок (масло, бензин) и за то, что из него выходит (выхлопные газы).

Смазочные жидкости двигателя, топливная, выхлопная и электрические системы

Каким образом бензин приводит в действие цилиндры? Топливная система двигателя выкачивает бензин из бензобака и смешивает его с воздухом так, чтобы в цилиндр поступила правильная воздушно-бензиновая смесь. Топливо подается тремя распространенными способами: смесеобразованием, впрыском через топливный порт и прямым впрыском.

При смесеобразовании карбюратор добавляет бензин в воздух, как только воздух попадает в двигатель.

В инжекторном движке топливо впрыскивается индивидуально в каждый цилиндр либо через впускной клапан (впрыск через топливный порт), либо напрямую в цилиндр. Называется «прямой впрыск».

Масло также играет важную роль в двигателе. Смазочная система не допускает трения жестких стальных частей друг об друга — запчасти не изнашиваются, стальная стружка внутри двигателя не летает. Поршни и подшипники – позволяющие свободно вращаться коленчатому и распределительному валу – основные части, требующие смазки в системе. В большинстве автомобилей, масло засасывается через масляный насос из маслосборника, проходит через фильтр, чтобы очиститься от песка и выработки механизмов мотора, затем, под высоким давлением впрыскивается в подшипники и на стенки цилиндра. Затем масло стекает в маслосборник, и цикл повторяется снова.

Теперь вы знаете больше о том, что поступает в двигатель автомобиля. Но давайте поговорим и том, что выходит из него. Выхлопная система крайне проста и состоит из выхлопной трубы и глушителя. Если бы не было глушителя, в салоне автомобиля были бы слышны все мини-взрывы, происходящие в двигателе. Глушитель гасит звук, а выхлопная труба выводит продукты сгорания из автомобиля.

Электрическая система автомобиля, запускающая машину

Электрическая система состоит из аккумулятора и генератора переменного тока. Генератор переменного тока подключен проводами к двигателю и вырабатывает электроэнергию, необходимую для подзарядки аккумулятора. В незаведенной машине при повороте ключа зажигания за питание всех систем отвечает аккумулятор. В заведенной — генератор. Аккумулятор нужен только, чтобы запустить электрическую систему машины, дальше в работу вступает генератор, который вырабатывает энергию за счет работы двигателя. Аккумулятор в это время заряжается от генератора и «отдыхает». Подробнее об аккумуляторах здесь.

Как увеличить производительность двигателя и улучшить его работу

Любой двигатель можно заставить работать лучше. Работа автопроизводителей над увеличением мощности движка и одновременным уменьшением расхода топлива, не прекращается ни на секунду.

Увеличение объема двигателя. Чем больше объем двигателя, тем больше его мощность, т.к. за каждый оборот двигатель сжигает больше топлива. Увеличение объема двигателя происходит за счет увеличения либо объема цилиндров, либо их количества. Сейчас 12 цилиндров – это предел.

Увеличение степени сжатия. До определенного момента, увеличение степени сжатия смеси увеличивает получаемую энергию. Однако, чем больше сжимается воздушно-топливная смесь, тем выше вероятность того, что она воспламенится раньше, чем свеча зажигания даст искру. Чем выше октановое число бензина, тем меньше вероятность преждевременного воспламенения. Поэтому высокопроизводительные автомобили нужно заправлять высокооктановым бензином, так как двигатели таких машин используют очень высокий коэффициент сжатия для получения большей мощности.

Большее наполнение цилиндра. Если в цилиндр втиснуть больше воздуха и топлива, то на выходе получается больше энергии. Турбонаддувы и наддувы нагнетают давление воздуха и эффективно втискивают его в цилиндр.

Охлаждение поступающего воздуха. Сжатие воздуха повышает его температуру. Тем не менее, хотелось бы иметь как можно более холодный воздух в цилиндре, т.к. чем выше температура воздуха, тем больше он расширяется при горении. Поэтому многие системы турбонаддува и наддува имеют интеркулер. Интеркулер – это радиатор, через который проходит сжатый воздух и охлаждается, прежде чем попасть в цилиндр.

Сделать меньшим вес деталей. Чем легче запчасти двигателя, тем лучше он работает. Каждый раз, когда поршень меняет направление, он тратит энергию на остановку. Чем легче поршень, тем меньше энергии он потребляет. Двигатель из углеродного волокна еще не придумали, но как делают этот материал, читайте тут на Zap-Online.ru.

Впрыск топлива. Система впрыска очень точно дозирует топливо поступающее в каждый цилиндр, повышая производительность двигателя и экономя топливо.

Теперь вы знаете, как работает двигатель автомобиля, а также причины его основных неполадок и перебоев. Если остались вопросы или есть замечания по изложенному материалу, добро пожаловать в комментарии.

Как устроен и как работает автомобиль?

Схема передачи энергии в автомобиле

Можно дать такое определение автомобилю: это механическое устройство, которое освобождает скрытую энергию бензина и, управляя освобожденной энергией, использует ее для вращения колес. Бензиновое топливо по очереди впрыскивается в каждый из цилиндров двигателя (рисунок выше), и там оно сгорает. Освобождающаяся при сгорании энергия двигает поршень цилиндра. Поршень идет вниз цилиндра как кулак, когда мы просовываем руку в рукав, и через коленчатый вал при помощи механизма сцепления передает, энергию в коробку передач.

После коробки передач энергия вращательного движения переходит на ведущий вал. Он вращается вместе с механизмом дифференциала. А дифференциал не только передает энергию ведущим колесным осям, установленным перпендикулярно ведущему валу, но и позволяет левому и правому колесу вращаться с разной скоростью, если это необходимо. Например, когда автомобиль движется на повороте.

Цикл работы двигателя внутреннего сгорания

Во время впуска топлива поршень идет вниз и в цилиндр втягивается смесь паров бензина и воздуха. Затем поршень поднимается — смесь сжимается. На свече зажигания появляется искра — топливная смесь воспламеняется, сгорает, — и высвободившаяся при сгорании энергия заставляет поршень идти вниз. В последнем, четвертом такте движения поршень снова поднимается и выталкивает отработавшие газы через выпускной клапан.

Образование горючей смеси

Схема зажигания

Акселератор помогает карбюратору приготовить нужное в данный момент количество топливной смеси, которая состоит из паров бензина и воздуха. Затем эта смесь втягивается в цилиндры и там воспламеняется при помощи свеч зажигания

Механизм управления двумя неодинаковыми движениями

Для того чтобы автомобиль мог плавно двигаться на поворотах, его колеса на внешней стороне колеи должны двигаться быстрее и проходить большее расстояние, чем колеса на внутренней стороне колеи. Такое возможно благодаря наличию в автомобиле механизма, который называется дифференциалом. Он представляет собой хитрый набор механических передач с зубчатыми колесами и шестеренками, которые соединяют ведущий вал с осями задних колес так, что каждое колесо может вращаться с нужной ему скоростью.

Из чего состоит и как работает двигатель автомобиля?

У каждого из нас есть определенный автомобиль, однако лишь некоторые водители задумываются о том, как устроен двигатель автомобиля. Нужно понимать также, что полностью знать устройство двигателя автомобиля необходимо лишь специалистам, работающим на СТО. К примеру, у многих из нас есть различные электронные устройства, но это вовсе не означает, что мы должны понимать, как они устроены. Мы просто пользуемся ими по прямому назначению. Однако с машиной ситуация немного другая. 

Все мы понимаем, что появление неполадок в двигателе автомобиля напрямую влияет на наше здоровье и жизнь. От правильной работы силового агрегата нередко зависит качество езды, а также безопасность людей, которые находятся в автомобиле. По этой причине, рекомендуем уделить внимание изучению данной статьи о том, как работает двигатель автомобиля и из чего он состоит.

История разработки автомобильного двигателя

В переводе с оригинального латинского языка двигатель или мотор означает «приводящий в движение». Сегодня двигателем называют определенное устройство, предназначенное для преобразования одного из видов энергии в механическую. Самыми популярными сегодня считаются двигатели внутреннего сгорания, типы которых бывают разными. Первый такой мотор появился в 1801 году, когда Филипп Лебон из Франции запатентовал мотор, который функционировал на светильном газе. После этого свои разработки представили Август Отто и Жан Этьен Ленуар. Известно, что Август Отто первым запатентовал 4-тактный двигатель. До нашего времени строение двигателя практически не изменилось.

В 1872 году состоялся дебют американского двигателя, который работал на керосине. Однако данную попытку трудно было назвать удачной, поскольку керосин не мог нормально взрываться в цилиндрах. Уже через 10 лет Готлиб Даймлер презентовал свой вариант двигателя, который работал на бензине, причем работал довольно неплохо.

Рассмотрим современные типы двигателей автомобиля и разберемся, к какому из них принадлежит ваша машина.

Типы автомобильных двигателей

Поскольку наиболее распространенным в наше время считают двигатель внутреннего сгорания, рассмотрим типы двигателей, которыми оснащаются сегодня почти все машины. ДВС – это далеко не наилучший тип двигателя, однако именно его используют во многих транспортных средствах.

Классификация двигателей автомобиля:

• Дизельные двигатели. Подача дизельного топлива осуществляется в цилиндры посредством специальных форсунок. Такие моторы не нуждаются в электрической энергии для работы. Она им нужна лишь для запуска силового агрегата.
• Бензиновые двигатели. Они бывают карбюраторными и инжекторными. Сегодня используется несколько типов систем впрыска и карбюраторов. Работают такие моторы на бензине.
• Газовые двигатели. В таких двигателях может использоваться сжатый или сжиженный газ. Такие газы получают с помощью преобразования дерева, угля либо торфа в газообразное топливо.

Работа и конструкция двигателя внутреннего сгорания

Принцип работы двигателя автомобиля – это вопрос, интересующий практически каждого автовладельца. В ходе первого ознакомления со строением двигателя все выглядит очень сложным. Однако в реальности, с помощью тщательного изучения, устройство двигателя становится вполне понятным. В случае необходимости знания о принципе работы двигателя можно использовать в жизни.

1. Блок цилиндров представляет собой своеобразный корпус мотора. Внутри него расположена система каналов, которая используется для охлаждения и смазки силового агрегата. Он используется в качестве основы для дополнительного оборудования, к примеру, картера и головки блока цилиндров.

2. Поршень, являющийся пустотелым стаканом из металла. На его верхней части расположены «канавки» для поршневых колец.

3. Поршневые кольца. Кольца, расположенные внизу, называются маслосъемными, а верхние – компрессионные. Верхние кольца обеспечивают высокий уровень сжатия или компрессию смеси топлива и воздуха. Кольца используются для обеспечения герметичности камеры сгорания, а также в качестве уплотнителей, предотвращающих попадание масла в камеру сгорания.

4. Кривошипно-шатунный механизм. Отвечает за передачу возвратно-поступательной энергии поршневого движения на коленчатый вал двигателя.

Многие автолюбители не знают, что на самом деле принцип работы ДВС является достаточно несложным. Сначала топливо попадает из форсунок в камеру сгорания, где оно смешивается с воздухом. Затем свеча зажигания выдает искру, которая вызывает воспламенение топливно-воздушной смеси, из-за чего она взрывается. Газы, которые формируются в результате этого, двигают поршень вниз, в процессе чего он передает соответствующее движение коленчатому валу. Коленвал начинает вращать трансмиссию. После этого набор специальных шестерён осуществляет передачу движения на колеса передней или задней оси (в зависимости от привода, может и на все четыре).

Именно так работает двигатель автомобиля. Теперь вас не смогут обмануть недобросовестные специалисты, которые возьмутся за ремонт силового агрегата вашей машины.

P.S. Советуем обратить внимание на статью о том, как выполнять мойку двигателя своими руками – здесь.

Почему двигатель стал работать громче? — журнал За рулем

Мотор издает непривычно громкие звуки? Эксперты ЗР насчитали 16 основных причин такого явления.

В стародавние времена было модно писать про то, как человек, стоящий рядом с какой-то диковинной иномаркой, вдруг понимал, что у той работает мотор, а он этого не ощущает… Глотали слюнки, завидовали и сетовали: мол, а у нас не так!..

Материалы по теме

Вообще говоря, поршневой мотор — как наш, так и импортный — является источником сложного шума, поскольку его звуковое поле формируют совершенно независимые источники. Можно считать, что основных видов шума два: аэродинамический и структурный. Аэродинамический порождают процессы впуска и выпуска, а также система охлаждения двигателя. Структурный — это шум от колебаний ДВС на его подвеске, а также шум от колебаний наружных поверхностей мотора. Именно он является наиболее громким, и потому трудноустранимым.

Современный автомобиль издает куда меньше звуков, чем его предок. Тем обиднее для его владельца вдруг услышать излишние децибелы при работе мотора. Перечислить все возможные причины их появления в небольшой статье довольно трудно, поэтому ограничимся лишь основными причинами. Просим не обижаться на то, что к шумам мотора мы добавили звуки системы выхлопа: ну не писать же про них отдельно!

А теперь — наш примерный перечень причин:

• Детонация. На минимальных оборотах холостого хода ее обычно не слышно, а вот под нагрузкой начинается характерное «позвякивание». Причиной чаще всего является низкое октановое число залитого бензина, которое не позволяет топливу противостоять самовоспламенению под действием волны давления, образующейся в камере сгорания.
• Стучат клапаны или гидрокомпенсаторы

Причины стука клапанов или гидрокомпенсаторов могут быть разными — от механического износа до неполадок в системе смазки мотора или некачественном моторном масле.

Причины стука клапанов или гидрокомпенсаторов могут быть разными — от механического износа до неполадок в системе смазки мотора или некачественном моторном масле.

• Система выпуска. Тут возможны варианты — от неисправностей собственно системы выпуска (прогорела, проржавела, механическая деформация и т.п.), приводящих к реву автомобиля при езде, секущим звукам и др., до дефектов, связанных с креплением системы. В последнем случае возможны удары по днищу машины, глухие звуки, постоянное дребезжание и т.п.

Система выпуска способна добавить к звуку двигателя изрядно шума.

Система выпуска способна добавить к звуку двигателя изрядно шума.

• Люфт коленчатого вала. Стуки подшипников обычно можно отловить и на минимальных оборотах холостого хода при резком нажатии на акселератор. Коренные издают глухой звук, шатунные — более резкий. Повышенный осевой зазор вызывает стук с неравномерными промежутками.
• Поршневая система. Приглушенный стук поршней вызван биением поршня в цилиндре. Он хорошо прослушивается на малых оборотах.

Биение поршня в цилиндрах хорошо слышно на небольших оборотах мотора.

Биение поршня в цилиндрах хорошо слышно на небольших оборотах мотора.

• Цепь. Когда цепь вытянута или плохо натянута, то она дает о себе знать эдаким стрекотанием, которое становится тише с ростом частоты вращения коленвала и увеличивается при сбросе газа.
• Вентилятор системы охлаждения. Причин для шума в данном случае много: разбит подшипник, нет смазки, ослабло крепление, отломилась часть крыльчатки, налипла грязь, нет смазки в электродвигателе.

Вентилятор системы охлаждения может генерировать разный шум. Однако определить источник этого звука несложно, ведь как только вентилятор системы охлаждения выключится, исчезнет и дополнительный шум.

Вентилятор системы охлаждения может генерировать разный шум. Однако определить источник этого звука несложно, ведь как только вентилятор системы охлаждения выключится, исчезнет и дополнительный шум.

• Генератор. Истошный визг после пуска мотора или при резком увеличении оборотов — это голос изношенного или плохо натянутого ремня генератора. Особенно силен шум, когда аккумуляторная батарея автомобиля разряжена и нагрузка на ремень максимальна.

Изношенные подшипники генератора тоже могут стучать. А еще при замыкании обмоток генератор может издавать эдакое электрическое гудение.

Изношенные подшипники генератора тоже могут стучать. А еще при замыкании обмоток генератор может издавать эдакое электрическое гудение.

• Гидроусилитель рулевого управления. Поводов для шума много: низкий уровень жидкости, несоответствие типа жидкости рекомендованному, попадание воздуха в систему, неисправность насоса… Отдельный источник дополнительного шума — это поворот руля на максимальный угол: ГУР при этом трудится с максимальной нагрузкой.
• Кондиционер. Чаще всего в шуме кондиционера виноват компрессор: износ подшипника или самого компрессора.

Компрессор кондиционера тоже добавляет лишнего шума при включении.

Компрессор кондиционера тоже добавляет лишнего шума при включении.

• Ролики. Речь о роликах ремней ГРМ и привода вспомогательных агрегатов.

Шум от роликов ремня ГРМ — это, как правило, своего рода крик «Караул!» Если они замолчат, то, скорее всего, их уже заклинило…

Шум от роликов ремня ГРМ — это, как правило, своего рода крик «Караул!» Если они замолчат, то, скорее всего, их уже заклинило…

• Заслонки. Стуки заслонок регулировки длины впускного трубопровода смахивают на шум неисправных гидрокомпенсаторов.
• Форсунки. Если стрекотание форсунок равномерное и громкость не меняется, то с таким явлением остается только смириться. Такова особенность их работы на данном моторе.

На двигателях некоторых производителей форсунки издают довольно сильное «стрекотание».

На двигателях некоторых производителей форсунки издают довольно сильное «стрекотание».

Материалы по теме

• Подушки. Опоры крепления двигателя при поломке способны породить устрашающие звуки. При этом перевод селектора автомата из положения D в R и обратно сопровождается заметным ударом.
• Защита двигателя. Иногда защита из-за механического повреждения входит в соприкосновение с поддоном картера. Кроме того, возможна резонансная вибрация при определенной частоте вращения коленвала. В любом случае возникают вибрации, звон и т.п.
• Тепловой экран. Тепловой экран выпускного коллектора иногда обретает голос, входя в незапланированный контакт с собственным креплением.

Как обычно, просим всех умудренных опытом читателей дополнять и уточнять предложенный нами перечень, в котором мы наверняка что-то упустили.

Как работают электродвигатели?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 25 июля 2020 г.

Щелкните выключателем и мгновенно получите власть — как бы любили наши предки
электродвигатели! Вы можете найти их во всем, начиная с
электропоезда с дистанционным управлением
автомобили — и вы можете быть удивлены, насколько они распространены. Сколько электрических
моторы сейчас есть в комнате с тобой? Наверное, два
в вашем компьютере для начала, один круто
ездить, а еще один питает охлаждающий вентилятор.Если
вы сидите в спальне, вы найдете моторы в фенах и многих
игрушки; в ванной — вытяжки и электробритвы;
На кухне моторы есть практически во всех устройствах, от стиральных и посудомоечных машин до кофемолок, микроволновых печей и электрических консервных ножей.
Электродвигатели зарекомендовали себя среди лучших
изобретения всех времен. Давайте разберемся и узнаем, как они
Работа!

Фото: Даже маленькие электродвигатели на удивление тяжелые.Это потому, что они набиты туго намотанной медью и тяжелыми магнитами.
Это мотор от старой электрической газонокосилки. Вещь медного цвета в сторону
В передней части оси с прорезями находится коммутатор, удерживающий двигатель
вращение в том же направлении (как описано ниже).

Как электромагнетизм заставляет двигатель двигаться?

Основная идея электродвигателя очень проста: вы помещаете в него электричество с одного конца, а
ось
(металлический стержень) вращается на другом конце, давая вам возможность управлять
машина какая то.Как это работает на практике? Как именно
ваш
преобразовать электричество в движение? Чтобы найти ответ на этот вопрос, у нас есть
вернуться во времени почти на 200 лет.

Предположим, вы берете кусок обычного провода, превращаете его в большую петлю,
и положите его между полюсами мощной постоянной подковы
магнит.
Теперь, если вы подключите два конца провода к батарее,
провод будет прыгать
кратко. Удивительно, когда видишь это впервые. Это
прямо как по волшебству! Но есть совершенно научный
объяснение.Когда
электрический ток начинает течь по проводу, он создает
магнитное поле вокруг него. Если разместить провод рядом с постоянным
магнит, это временное магнитное поле взаимодействует с постоянным
поле магнита. Вы знаете, что два магнита расположены рядом друг с другом.
либо притягивать, либо отталкивать. Таким же образом временный магнетизм
вокруг провода притягивает или отталкивает постоянный магнетизм от
магнит, и это то, что заставляет проволоку подпрыгивать.

Правило левой руки Флеминга

Вы можете определить направление, в котором будет прыгать провод, используя
удобная мнемоника (вспомогательная память), называемая правилом левой руки Флеминга (иногда
называется Motor Rule).

Вытяните большой, указательный и второй пальцы левой руки.
рука так, чтобы все три были под прямым углом. Если вы укажете вторым пальцем
в направлении Течения
(который течет от положительного к положительному
отрицательная клемма АКБ), а Первая
палец в
направление поля (которое
течет с севера на южный полюс
магнит), ваш thuMb будет
показать направление, в котором провод
Движется.

Это …

• Первый палец = Поле
• SeCond палец = текущий
• ЧтМб = Движение

Несколько слов о текущем

Если вас смущает то, что я говорю, что ток течет с положительного на отрицательный,
это просто историческое соглашение.Такие люди, как Бенджамин Франклин, помогли разобраться
тайна электричества еще в 18 веке, считали, что это поток положительных зарядов,
так что он перетекал с положительного на отрицательный. Мы называем эту идею условным током.
и до сих пор используют его в таких вещах, как правило левой руки Флеминга. Теперь у нас есть лучшие идеи о том, как
электричество работает, мы склонны говорить о токе как о потоке электронов от отрицательного к положительному в направлении , противоположном направлению обычного тока.Когда вы пытаетесь вычислить вращение двигателя или генератора,
обязательно помните, что ток означает обычный ток , а не поток электронов.

Как работает электродвигатель — теоретически

Фото: Электрик ремонтирует электродвигатель.
на борту авианосца.
Блестящий металл, который он использует, может выглядеть как золото,
но на самом деле это медь,
хороший проводник, который намного дешевле. Фото Джейсона Якобовица любезно предоставлено
ВМС США.

Связь между электричеством, магнетизмом и движением изначально была
открыт в 1820 году французским физиком Андре-Мари
Ампер
(1775–1867), и это фундаментальная наука, лежащая в основе электродвигателя. Но если
мы хотим превратить это удивительное научное открытие в более практическое
Немного технологий для питания наших электрических косилок и зубных щеток, мы должны пойти немного дальше. Изобретателями, которые сделали это, были англичане Майкл Фарадей (1791–1867).
и Уильям Стерджен (1783–1850) и американец
Джозеф Генри (1797–1878).Вот как они
пришли к своему гениальному изобретению.

Предположим, мы сгибаем нашу проволоку в квадратную U-образную петлю, так что
эффективно
два параллельных провода, проходящие через магнитное поле. Один из них
отводит электрический ток от нас по проводам, а другой
один возвращает ток обратно. Поскольку ток течет в
в противоположных направлениях проводов, правило левой руки Флеминга говорит нам о том, что
два провода будут двигаться в противоположных направлениях. Другими словами, когда мы
включите электричество, один из проводов двинется вверх и
другой будет двигаться вниз.

Если бы катушка с проволокой могла продолжать двигаться вот так, она бы вращалась.
непрерывно — и мы будем на пути к созданию электрического
мотор. Но этого не может произойти с нашей нынешней настройкой: провода будут
быстро запутаться. Не только это, но если бы катушка могла вращаться далеко
хватит, что-нибудь еще случится. Как только катушка достигла вертикали
положение, он перевернется, и электрический ток будет
течь через него в противоположном направлении. Теперь силы на каждого
сторона катушки перевернется.Вместо непрерывного вращения в
в том же направлении, он пойдет обратно в том же направлении, в котором только что пришел!
Представьте себе электропоезд с таким двигателем: он будет держать
перетасовки назад и вперед на месте, даже не идя
везде.

Как работает электродвигатель — на практике

Есть два способа решить эту проблему. Один из них — использовать своего рода
электрический ток, который периодически меняет направление, что известно
как переменный ток (AC).
В виде небольших батарейных
двигатели, которые мы используем дома, лучшее решение — добавить компонент
назвал коммутатором
концы катушки.(Не беспокойтесь о бессмысленных технических
имя: это немного старомодное слово «коммутация» немного похоже на
слово «добираться до работы». Это просто означает изменение взад и вперед в одном и том же
путь, который ездит на работу, означает путешествовать туда и обратно.) В простейшей форме
Коммутатор представляет собой металлическое кольцо, разделенное на две отдельные половины и
его задача — реверсировать электрический ток в катушке каждый раз, когда
катушка вращается на пол-оборота. Один конец катушки прикреплен к
каждая половина коммутатора. Электрический ток от аккумулятора
подключается к электрическим клеммам двигателя.Они подают электроэнергию в коммутатор через пару незакрепленных
разъемы, называемые щетками,
сделали
либо из кусочков графита (мягкий уголь, похожий на карандаш
«свинец») или тонкие отрезки упругого металла,
который (как
название предполагает) «задела» коммутатор. С
коммутатор на месте, когда электричество течет по цепи,
катушка будет постоянно вращаться в одном и том же направлении.

Художественное произведение: упрощенная схема деталей в электрическом
мотор. Анимация: как это работает на практике.Обратите внимание, как коммутатор меняет направление тока каждый раз, когда катушка поворачивается.
наполовину. Это означает, что сила с каждой стороны катушки всегда
толкая в том же направлении, что позволяет катушке вращаться по часовой стрелке.

Такой простой экспериментальный двигатель, как этот, не способен производить
большая мощность. Мы можем увеличить усилие поворота (или крутящий момент)
что
двигатель может творить тремя способами: либо у нас может быть больше
мощный постоянный магнит, или мы можем увеличить электрический ток
протекает через провод, или мы можем сделать катушку так, чтобы в ней было много
«витки» (петли) очень тонкой проволоки вместо одного «витка» толстой проволоки.На практике двигатель также имеет постоянный магнит, изогнутый в
круглой формы, так что он почти касается катушки с проволокой, которая вращается
внутри него. Чем ближе друг к другу магнит и катушка, тем
большее усилие, которое может создать двигатель.

Хотя мы описали несколько различных частей, вы можете представить двигатель как имеющий всего два основных компонента:

• По краю корпуса двигателя находится постоянный магнит (или магниты), который остается статичным, поэтому его называют статором двигателя.
• Внутри статора находится катушка, установленная на оси, которая вращается с высокой скоростью, и это называется ротором. Ротор также включает в себя коммутатор.

Универсальные двигатели

Такие двигатели постоянного тока

отлично подходят для игрушек с батарейным питанием (таких как модели поездов, радиоуправляемые автомобили или электробритвы), но вы не найдете их во многих бытовых приборах. Мелкие бытовые приборы (например, кофемолки или электрические блендеры) обычно используют так называемые универсальные двигатели , которые могут питаться как от переменного, так и от постоянного тока.В отличие от простого двигателя постоянного тока, универсальный двигатель имеет электромагнит вместо постоянного магнита, и он получает энергию от источника постоянного или переменного тока, который вы питаете:

• Когда вы питаетесь постоянным током, электромагнит работает как обычный постоянный магнит и создает магнитное поле, которое всегда направлено в одном направлении. Коммутатор меняет направление тока катушки каждый раз, когда катушка переворачивается, как в простом двигателе постоянного тока, поэтому катушка всегда вращается в одном и том же направлении.
• Когда вы подаете переменный ток, однако, ток, протекающий через электромагнит, и ток, протекающий через катушку , оба, , меняют направление, точно синхронно, поэтому сила на катушке всегда в одном и том же направлении, а двигатель всегда вращается по часовой стрелке. или против часовой стрелки.А как насчет коммутатора? Частота тока изменяется намного быстрее, чем вращается двигатель, и, поскольку поле и ток всегда синхронизированы, на самом деле не имеет значения, в каком положении находится коммутатор в любой данный момент.

Анимация: Как работает универсальный двигатель: Электроснабжение питает как магнитное поле, так и вращающуюся катушку. С источником постоянного тока универсальный двигатель работает так же, как и обычный двигатель постоянного тока, как указано выше. При питании от сети переменного тока и магнитное поле, и ток в катушке меняют направление каждый раз, когда ток питания меняется на противоположное.Это означает, что сила на катушке всегда направлена ​​в одну сторону.

Фото: Внутри типичного универсального двигателя: основные части внутри среднего двигателя от кофемолки, которая может работать как от постоянного, так и от переменного тока. Серый электромагнит по краю — это статор (статическая часть), и он питается от катушек оранжевого цвета. Обратите внимание на прорези в коллекторе и прижимающиеся к нему угольные щетки, которые обеспечивают питание ротора (вращающейся части). Асинхронные двигатели в таких устройствах, как электрические железнодорожные поезда, во много раз больше и мощнее этого, и всегда работают с использованием переменного тока высокого напряжения (AC) вместо постоянного тока низкого напряжения (DC) или переменного тока умеренно низкого напряжения в домашних условиях. который приводит в действие универсальные двигатели.

Электродвигатели прочие

В простых двигателях постоянного тока и универсальных двигателях ротор вращается внутри статора. Ротор представляет собой катушку, подключенную к источнику электропитания, а статор представляет собой постоянный магнит или электромагнит. Большие двигатели переменного тока (используемые в таких вещах, как заводские машины) работают немного по-другому: они пропускают переменный ток через противоположные пары магнитов, чтобы создать вращающееся магнитное поле, которое «индуцирует» (создает) магнитное поле в роторе двигателя, вызывая это вращаться.Подробнее об этом вы можете прочитать в нашей статье об асинхронных двигателях переменного тока. Если вы возьмете один из этих асинхронных двигателей и «развернете» его так, чтобы статор фактически превратился в длинную непрерывную дорожку, ротор может катиться по нему по прямой. Эта гениальная конструкция известна как линейный двигатель, и вы найдете ее в таких вещах, как заводские машины и плавучие железные дороги «маглев» (магнитная левитация).

Еще одна интересная конструкция — бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC). Статор и ротор эффективно меняются местами, при этом несколько железных катушек статичны в центре, а постоянный магнит вращается вокруг них, а коммутатор и щетки заменяются электронной схемой.Вы можете прочитать больше в нашей основной статье о мотор-редукторах.
Шаговые двигатели, которые вращаются на точно контролируемые углы, представляют собой разновидность бесщеточных двигателей постоянного тока.

Как работают электродвигатели?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 25 июля 2020 г.

Щелкните выключателем и мгновенно получите власть — как бы любили наши предки
электродвигатели! Вы можете найти их во всем, начиная с
электропоезда с дистанционным управлением
автомобили — и вы можете быть удивлены, насколько они распространены.Сколько электрических
моторы сейчас есть в комнате с тобой? Наверное, два
в вашем компьютере для начала, один круто
ездить, а еще один питает охлаждающий вентилятор. Если
вы сидите в спальне, вы найдете моторы в фенах и многих
игрушки; в ванной — вытяжки и электробритвы;
На кухне моторы есть практически во всех устройствах, от стиральных и посудомоечных машин до кофемолок, микроволновых печей и электрических консервных ножей.Электродвигатели зарекомендовали себя среди лучших
изобретения всех времен. Давайте разберемся и узнаем, как они
Работа!

Фото: Даже маленькие электродвигатели на удивление тяжелые.
Это потому, что они набиты туго намотанной медью и тяжелыми магнитами.
Это мотор от старой электрической газонокосилки. Вещь медного цвета в сторону
В передней части оси с прорезями находится коммутатор, удерживающий двигатель
вращение в том же направлении (как описано ниже).

Как электромагнетизм заставляет двигатель двигаться?

Основная идея электродвигателя очень проста: вы помещаете в него электричество с одного конца, а
ось
(металлический стержень) вращается на другом конце, давая вам возможность управлять
машина какая то. Как это работает на практике? Как именно
ваш
преобразовать электричество в движение? Чтобы найти ответ на этот вопрос, у нас есть
вернуться во времени почти на 200 лет.

Предположим, вы берете кусок обычного провода, превращаете его в большую петлю,
и положите его между полюсами мощной постоянной подковы
магнит.Теперь, если вы подключите два конца провода к батарее,
провод будет прыгать
кратко. Удивительно, когда видишь это впервые. Это
прямо как по волшебству! Но есть совершенно научный
объяснение. Когда
электрический ток начинает течь по проводу, он создает
магнитное поле вокруг него. Если разместить провод рядом с постоянным
магнит, это временное магнитное поле взаимодействует с постоянным
поле магнита. Вы знаете, что два магнита расположены рядом друг с другом.
либо притягивать, либо отталкивать.Таким же образом временный магнетизм
вокруг провода притягивает или отталкивает постоянный магнетизм от
магнит, и это то, что заставляет проволоку подпрыгивать.

Правило левой руки Флеминга

Вы можете определить направление, в котором будет прыгать провод, используя
удобная мнемоника (вспомогательная память), называемая правилом левой руки Флеминга (иногда
называется Motor Rule).

Вытяните большой, указательный и второй пальцы левой руки.
рука так, чтобы все три были под прямым углом.Если вы укажете вторым пальцем
в направлении Течения
(который течет от положительного к положительному
отрицательная клемма АКБ), а Первая
палец в
направление поля (которое
течет с севера на южный полюс
магнит), ваш thuMb будет
показать направление, в котором провод
Движется.

Это …

• Первый палец = Поле
• SeCond палец = текущий
• ЧтМб = Движение

Несколько слов о текущем

Если вас смущает то, что я говорю, что ток течет с положительного на отрицательный,
это просто историческое соглашение.Такие люди, как Бенджамин Франклин, помогли разобраться
тайна электричества еще в 18 веке, считали, что это поток положительных зарядов,
так что он перетекал с положительного на отрицательный. Мы называем эту идею условным током.
и до сих пор используют его в таких вещах, как правило левой руки Флеминга. Теперь у нас есть лучшие идеи о том, как
электричество работает, мы склонны говорить о токе как о потоке электронов от отрицательного к положительному в направлении , противоположном направлению обычного тока.Когда вы пытаетесь вычислить вращение двигателя или генератора,
обязательно помните, что ток означает обычный ток , а не поток электронов.

Как работает электродвигатель — теоретически

Фото: Электрик ремонтирует электродвигатель.
на борту авианосца.
Блестящий металл, который он использует, может выглядеть как золото,
но на самом деле это медь,
хороший проводник, который намного дешевле. Фото Джейсона Якобовица любезно предоставлено
ВМС США.

Связь между электричеством, магнетизмом и движением изначально была
открыт в 1820 году французским физиком Андре-Мари
Ампер
(1775–1867), и это фундаментальная наука, лежащая в основе электродвигателя. Но если
мы хотим превратить это удивительное научное открытие в более практическое
Немного технологий для питания наших электрических косилок и зубных щеток, мы должны пойти немного дальше. Изобретателями, которые сделали это, были англичане Майкл Фарадей (1791–1867).
и Уильям Стерджен (1783–1850) и американец
Джозеф Генри (1797–1878).Вот как они
пришли к своему гениальному изобретению.

Предположим, мы сгибаем нашу проволоку в квадратную U-образную петлю, так что
эффективно
два параллельных провода, проходящие через магнитное поле. Один из них
отводит электрический ток от нас по проводам, а другой
один возвращает ток обратно. Поскольку ток течет в
в противоположных направлениях проводов, правило левой руки Флеминга говорит нам о том, что
два провода будут двигаться в противоположных направлениях. Другими словами, когда мы
включите электричество, один из проводов двинется вверх и
другой будет двигаться вниз.

Если бы катушка с проволокой могла продолжать двигаться вот так, она бы вращалась.
непрерывно — и мы будем на пути к созданию электрического
мотор. Но этого не может произойти с нашей нынешней настройкой: провода будут
быстро запутаться. Не только это, но если бы катушка могла вращаться далеко
хватит, что-нибудь еще случится. Как только катушка достигла вертикали
положение, он перевернется, и электрический ток будет
течь через него в противоположном направлении. Теперь силы на каждого
сторона катушки перевернется.Вместо непрерывного вращения в
в том же направлении, он пойдет обратно в том же направлении, в котором только что пришел!
Представьте себе электропоезд с таким двигателем: он будет держать
перетасовки назад и вперед на месте, даже не идя
везде.

Как работает электродвигатель — на практике

Есть два способа решить эту проблему. Один из них — использовать своего рода
электрический ток, который периодически меняет направление, что известно
как переменный ток (AC).
В виде небольших батарейных
двигатели, которые мы используем дома, лучшее решение — добавить компонент
назвал коммутатором
концы катушки.(Не беспокойтесь о бессмысленных технических
имя: это немного старомодное слово «коммутация» немного похоже на
слово «добираться до работы». Это просто означает изменение взад и вперед в одном и том же
путь, который ездит на работу, означает путешествовать туда и обратно.) В простейшей форме
Коммутатор представляет собой металлическое кольцо, разделенное на две отдельные половины и
его задача — реверсировать электрический ток в катушке каждый раз, когда
катушка вращается на пол-оборота. Один конец катушки прикреплен к
каждая половина коммутатора. Электрический ток от аккумулятора
подключается к электрическим клеммам двигателя.Они подают электроэнергию в коммутатор через пару незакрепленных
разъемы, называемые щетками,
сделали
либо из кусочков графита (мягкий уголь, похожий на карандаш
«свинец») или тонкие отрезки упругого металла,
который (как
название предполагает) «задела» коммутатор. С
коммутатор на месте, когда электричество течет по цепи,
катушка будет постоянно вращаться в одном и том же направлении.

Художественное произведение: упрощенная схема деталей в электрическом
мотор. Анимация: как это работает на практике.Обратите внимание, как коммутатор меняет направление тока каждый раз, когда катушка поворачивается.
наполовину. Это означает, что сила с каждой стороны катушки всегда
толкая в том же направлении, что позволяет катушке вращаться по часовой стрелке.

Такой простой экспериментальный двигатель, как этот, не способен производить
большая мощность. Мы можем увеличить усилие поворота (или крутящий момент)
что
двигатель может творить тремя способами: либо у нас может быть больше
мощный постоянный магнит, или мы можем увеличить электрический ток
протекает через провод, или мы можем сделать катушку так, чтобы в ней было много
«витки» (петли) очень тонкой проволоки вместо одного «витка» толстой проволоки.На практике двигатель также имеет постоянный магнит, изогнутый в
круглой формы, так что он почти касается катушки с проволокой, которая вращается
внутри него. Чем ближе друг к другу магнит и катушка, тем
большее усилие, которое может создать двигатель.

Хотя мы описали несколько различных частей, вы можете представить двигатель как имеющий всего два основных компонента:

• По краю корпуса двигателя находится постоянный магнит (или магниты), который остается статичным, поэтому его называют статором двигателя.
• Внутри статора находится катушка, установленная на оси, которая вращается с высокой скоростью, и это называется ротором. Ротор также включает в себя коммутатор.

Универсальные двигатели

Такие двигатели постоянного тока

отлично подходят для игрушек с батарейным питанием (таких как модели поездов, радиоуправляемые автомобили или электробритвы), но вы не найдете их во многих бытовых приборах. Мелкие бытовые приборы (например, кофемолки или электрические блендеры) обычно используют так называемые универсальные двигатели , которые могут питаться как от переменного, так и от постоянного тока.В отличие от простого двигателя постоянного тока, универсальный двигатель имеет электромагнит вместо постоянного магнита, и он получает энергию от источника постоянного или переменного тока, который вы питаете:

• Когда вы питаетесь постоянным током, электромагнит работает как обычный постоянный магнит и создает магнитное поле, которое всегда направлено в одном направлении. Коммутатор меняет направление тока катушки каждый раз, когда катушка переворачивается, как в простом двигателе постоянного тока, поэтому катушка всегда вращается в одном и том же направлении.
• Когда вы подаете переменный ток, однако, ток, протекающий через электромагнит, и ток, протекающий через катушку , оба, , меняют направление, точно синхронно, поэтому сила на катушке всегда в одном и том же направлении, а двигатель всегда вращается по часовой стрелке. или против часовой стрелки.А как насчет коммутатора? Частота тока изменяется намного быстрее, чем вращается двигатель, и, поскольку поле и ток всегда синхронизированы, на самом деле не имеет значения, в каком положении находится коммутатор в любой данный момент.

Анимация: Как работает универсальный двигатель: Электроснабжение питает как магнитное поле, так и вращающуюся катушку. С источником постоянного тока универсальный двигатель работает так же, как и обычный двигатель постоянного тока, как указано выше. При питании от сети переменного тока и магнитное поле, и ток в катушке меняют направление каждый раз, когда ток питания меняется на противоположное.Это означает, что сила на катушке всегда направлена ​​в одну сторону.

Фото: Внутри типичного универсального двигателя: основные части внутри среднего двигателя от кофемолки, которая может работать как от постоянного, так и от переменного тока. Серый электромагнит по краю — это статор (статическая часть), и он питается от катушек оранжевого цвета. Обратите внимание на прорези в коллекторе и прижимающиеся к нему угольные щетки, которые обеспечивают питание ротора (вращающейся части). Асинхронные двигатели в таких устройствах, как электрические железнодорожные поезда, во много раз больше и мощнее этого, и всегда работают с использованием переменного тока высокого напряжения (AC) вместо постоянного тока низкого напряжения (DC) или переменного тока умеренно низкого напряжения в домашних условиях. который приводит в действие универсальные двигатели.

Электродвигатели прочие

В простых двигателях постоянного тока и универсальных двигателях ротор вращается внутри статора. Ротор представляет собой катушку, подключенную к источнику электропитания, а статор представляет собой постоянный магнит или электромагнит. Большие двигатели переменного тока (используемые в таких вещах, как заводские машины) работают немного по-другому: они пропускают переменный ток через противоположные пары магнитов, чтобы создать вращающееся магнитное поле, которое «индуцирует» (создает) магнитное поле в роторе двигателя, вызывая это вращаться.Подробнее об этом вы можете прочитать в нашей статье об асинхронных двигателях переменного тока. Если вы возьмете один из этих асинхронных двигателей и «развернете» его так, чтобы статор фактически превратился в длинную непрерывную дорожку, ротор может катиться по нему по прямой. Эта гениальная конструкция известна как линейный двигатель, и вы найдете ее в таких вещах, как заводские машины и плавучие железные дороги «маглев» (магнитная левитация).

Еще одна интересная конструкция — бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC). Статор и ротор эффективно меняются местами, при этом несколько железных катушек статичны в центре, а постоянный магнит вращается вокруг них, а коммутатор и щетки заменяются электронной схемой.Вы можете прочитать больше в нашей основной статье о мотор-редукторах.
Шаговые двигатели, которые вращаются на точно контролируемые углы, представляют собой разновидность бесщеточных двигателей постоянного тока.

Как работают электродвигатели?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 25 июля 2020 г.

Щелкните выключателем и мгновенно получите власть — как бы любили наши предки
электродвигатели! Вы можете найти их во всем, начиная с
электропоезда с дистанционным управлением
автомобили — и вы можете быть удивлены, насколько они распространены.Сколько электрических
моторы сейчас есть в комнате с тобой? Наверное, два
в вашем компьютере для начала, один круто
ездить, а еще один питает охлаждающий вентилятор. Если
вы сидите в спальне, вы найдете моторы в фенах и многих
игрушки; в ванной — вытяжки и электробритвы;
На кухне моторы есть практически во всех устройствах, от стиральных и посудомоечных машин до кофемолок, микроволновых печей и электрических консервных ножей.Электродвигатели зарекомендовали себя среди лучших
изобретения всех времен. Давайте разберемся и узнаем, как они
Работа!

Фото: Даже маленькие электродвигатели на удивление тяжелые.
Это потому, что они набиты туго намотанной медью и тяжелыми магнитами.
Это мотор от старой электрической газонокосилки. Вещь медного цвета в сторону
В передней части оси с прорезями находится коммутатор, удерживающий двигатель
вращение в том же направлении (как описано ниже).

Как электромагнетизм заставляет двигатель двигаться?

Основная идея электродвигателя очень проста: вы помещаете в него электричество с одного конца, а
ось
(металлический стержень) вращается на другом конце, давая вам возможность управлять
машина какая то. Как это работает на практике? Как именно
ваш
преобразовать электричество в движение? Чтобы найти ответ на этот вопрос, у нас есть
вернуться во времени почти на 200 лет.

Предположим, вы берете кусок обычного провода, превращаете его в большую петлю,
и положите его между полюсами мощной постоянной подковы
магнит.Теперь, если вы подключите два конца провода к батарее,
провод будет прыгать
кратко. Удивительно, когда видишь это впервые. Это
прямо как по волшебству! Но есть совершенно научный
объяснение. Когда
электрический ток начинает течь по проводу, он создает
магнитное поле вокруг него. Если разместить провод рядом с постоянным
магнит, это временное магнитное поле взаимодействует с постоянным
поле магнита. Вы знаете, что два магнита расположены рядом друг с другом.
либо притягивать, либо отталкивать.Таким же образом временный магнетизм
вокруг провода притягивает или отталкивает постоянный магнетизм от
магнит, и это то, что заставляет проволоку подпрыгивать.

Правило левой руки Флеминга

Вы можете определить направление, в котором будет прыгать провод, используя
удобная мнемоника (вспомогательная память), называемая правилом левой руки Флеминга (иногда
называется Motor Rule).

Вытяните большой, указательный и второй пальцы левой руки.
рука так, чтобы все три были под прямым углом.Если вы укажете вторым пальцем
в направлении Течения
(который течет от положительного к положительному
отрицательная клемма АКБ), а Первая
палец в
направление поля (которое
течет с севера на южный полюс
магнит), ваш thuMb будет
показать направление, в котором провод
Движется.

Это …

• Первый палец = Поле
• SeCond палец = текущий
• ЧтМб = Движение

Несколько слов о текущем

Если вас смущает то, что я говорю, что ток течет с положительного на отрицательный,
это просто историческое соглашение.Такие люди, как Бенджамин Франклин, помогли разобраться
тайна электричества еще в 18 веке, считали, что это поток положительных зарядов,
так что он перетекал с положительного на отрицательный. Мы называем эту идею условным током.
и до сих пор используют его в таких вещах, как правило левой руки Флеминга. Теперь у нас есть лучшие идеи о том, как
электричество работает, мы склонны говорить о токе как о потоке электронов от отрицательного к положительному в направлении , противоположном направлению обычного тока.Когда вы пытаетесь вычислить вращение двигателя или генератора,
обязательно помните, что ток означает обычный ток , а не поток электронов.

Как работает электродвигатель — теоретически

Фото: Электрик ремонтирует электродвигатель.
на борту авианосца.
Блестящий металл, который он использует, может выглядеть как золото,
но на самом деле это медь,
хороший проводник, который намного дешевле. Фото Джейсона Якобовица любезно предоставлено
ВМС США.

Связь между электричеством, магнетизмом и движением изначально была
открыт в 1820 году французским физиком Андре-Мари
Ампер
(1775–1867), и это фундаментальная наука, лежащая в основе электродвигателя. Но если
мы хотим превратить это удивительное научное открытие в более практическое
Немного технологий для питания наших электрических косилок и зубных щеток, мы должны пойти немного дальше. Изобретателями, которые сделали это, были англичане Майкл Фарадей (1791–1867).
и Уильям Стерджен (1783–1850) и американец
Джозеф Генри (1797–1878).Вот как они
пришли к своему гениальному изобретению.

Предположим, мы сгибаем нашу проволоку в квадратную U-образную петлю, так что
эффективно
два параллельных провода, проходящие через магнитное поле. Один из них
отводит электрический ток от нас по проводам, а другой
один возвращает ток обратно. Поскольку ток течет в
в противоположных направлениях проводов, правило левой руки Флеминга говорит нам о том, что
два провода будут двигаться в противоположных направлениях. Другими словами, когда мы
включите электричество, один из проводов двинется вверх и
другой будет двигаться вниз.

Если бы катушка с проволокой могла продолжать двигаться вот так, она бы вращалась.
непрерывно — и мы будем на пути к созданию электрического
мотор. Но этого не может произойти с нашей нынешней настройкой: провода будут
быстро запутаться. Не только это, но если бы катушка могла вращаться далеко
хватит, что-нибудь еще случится. Как только катушка достигла вертикали
положение, он перевернется, и электрический ток будет
течь через него в противоположном направлении. Теперь силы на каждого
сторона катушки перевернется.Вместо непрерывного вращения в
в том же направлении, он пойдет обратно в том же направлении, в котором только что пришел!
Представьте себе электропоезд с таким двигателем: он будет держать
перетасовки назад и вперед на месте, даже не идя
везде.

Как работает электродвигатель — на практике

Есть два способа решить эту проблему. Один из них — использовать своего рода
электрический ток, который периодически меняет направление, что известно
как переменный ток (AC).
В виде небольших батарейных
двигатели, которые мы используем дома, лучшее решение — добавить компонент
назвал коммутатором
концы катушки.(Не беспокойтесь о бессмысленных технических
имя: это немного старомодное слово «коммутация» немного похоже на
слово «добираться до работы». Это просто означает изменение взад и вперед в одном и том же
путь, который ездит на работу, означает путешествовать туда и обратно.) В простейшей форме
Коммутатор представляет собой металлическое кольцо, разделенное на две отдельные половины и
его задача — реверсировать электрический ток в катушке каждый раз, когда
катушка вращается на пол-оборота. Один конец катушки прикреплен к
каждая половина коммутатора. Электрический ток от аккумулятора
подключается к электрическим клеммам двигателя.Они подают электроэнергию в коммутатор через пару незакрепленных
разъемы, называемые щетками,
сделали
либо из кусочков графита (мягкий уголь, похожий на карандаш
«свинец») или тонкие отрезки упругого металла,
который (как
название предполагает) «задела» коммутатор. С
коммутатор на месте, когда электричество течет по цепи,
катушка будет постоянно вращаться в одном и том же направлении.

Художественное произведение: упрощенная схема деталей в электрическом
мотор. Анимация: как это работает на практике.Обратите внимание, как коммутатор меняет направление тока каждый раз, когда катушка поворачивается.
наполовину. Это означает, что сила с каждой стороны катушки всегда
толкая в том же направлении, что позволяет катушке вращаться по часовой стрелке.

Такой простой экспериментальный двигатель, как этот, не способен производить
большая мощность. Мы можем увеличить усилие поворота (или крутящий момент)
что
двигатель может творить тремя способами: либо у нас может быть больше
мощный постоянный магнит, или мы можем увеличить электрический ток
протекает через провод, или мы можем сделать катушку так, чтобы в ней было много
«витки» (петли) очень тонкой проволоки вместо одного «витка» толстой проволоки.На практике двигатель также имеет постоянный магнит, изогнутый в
круглой формы, так что он почти касается катушки с проволокой, которая вращается
внутри него. Чем ближе друг к другу магнит и катушка, тем
большее усилие, которое может создать двигатель.

Хотя мы описали несколько различных частей, вы можете представить двигатель как имеющий всего два основных компонента:

• По краю корпуса двигателя находится постоянный магнит (или магниты), который остается статичным, поэтому его называют статором двигателя.
• Внутри статора находится катушка, установленная на оси, которая вращается с высокой скоростью, и это называется ротором. Ротор также включает в себя коммутатор.

Универсальные двигатели

Такие двигатели постоянного тока

отлично подходят для игрушек с батарейным питанием (таких как модели поездов, радиоуправляемые автомобили или электробритвы), но вы не найдете их во многих бытовых приборах. Мелкие бытовые приборы (например, кофемолки или электрические блендеры) обычно используют так называемые универсальные двигатели , которые могут питаться как от переменного, так и от постоянного тока.В отличие от простого двигателя постоянного тока, универсальный двигатель имеет электромагнит вместо постоянного магнита, и он получает энергию от источника постоянного или переменного тока, который вы питаете:

• Когда вы питаетесь постоянным током, электромагнит работает как обычный постоянный магнит и создает магнитное поле, которое всегда направлено в одном направлении. Коммутатор меняет направление тока катушки каждый раз, когда катушка переворачивается, как в простом двигателе постоянного тока, поэтому катушка всегда вращается в одном и том же направлении.
• Когда вы подаете переменный ток, однако, ток, протекающий через электромагнит, и ток, протекающий через катушку , оба, , меняют направление, точно синхронно, поэтому сила на катушке всегда в одном и том же направлении, а двигатель всегда вращается по часовой стрелке. или против часовой стрелки.А как насчет коммутатора? Частота тока изменяется намного быстрее, чем вращается двигатель, и, поскольку поле и ток всегда синхронизированы, на самом деле не имеет значения, в каком положении находится коммутатор в любой данный момент.

Анимация: Как работает универсальный двигатель: Электроснабжение питает как магнитное поле, так и вращающуюся катушку. С источником постоянного тока универсальный двигатель работает так же, как и обычный двигатель постоянного тока, как указано выше. При питании от сети переменного тока и магнитное поле, и ток в катушке меняют направление каждый раз, когда ток питания меняется на противоположное.Это означает, что сила на катушке всегда направлена ​​в одну сторону.

Фото: Внутри типичного универсального двигателя: основные части внутри среднего двигателя от кофемолки, которая может работать как от постоянного, так и от переменного тока. Серый электромагнит по краю — это статор (статическая часть), и он питается от катушек оранжевого цвета. Обратите внимание на прорези в коллекторе и прижимающиеся к нему угольные щетки, которые обеспечивают питание ротора (вращающейся части). Асинхронные двигатели в таких устройствах, как электрические железнодорожные поезда, во много раз больше и мощнее этого, и всегда работают с использованием переменного тока высокого напряжения (AC) вместо постоянного тока низкого напряжения (DC) или переменного тока умеренно низкого напряжения в домашних условиях. который приводит в действие универсальные двигатели.

Электродвигатели прочие

В простых двигателях постоянного тока и универсальных двигателях ротор вращается внутри статора. Ротор представляет собой катушку, подключенную к источнику электропитания, а статор представляет собой постоянный магнит или электромагнит. Большие двигатели переменного тока (используемые в таких вещах, как заводские машины) работают немного по-другому: они пропускают переменный ток через противоположные пары магнитов, чтобы создать вращающееся магнитное поле, которое «индуцирует» (создает) магнитное поле в роторе двигателя, вызывая это вращаться.Подробнее об этом вы можете прочитать в нашей статье об асинхронных двигателях переменного тока. Если вы возьмете один из этих асинхронных двигателей и «развернете» его так, чтобы статор фактически превратился в длинную непрерывную дорожку, ротор может катиться по нему по прямой. Эта гениальная конструкция известна как линейный двигатель, и вы найдете ее в таких вещах, как заводские машины и плавучие железные дороги «маглев» (магнитная левитация).

Еще одна интересная конструкция — бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC). Статор и ротор эффективно меняются местами, при этом несколько железных катушек статичны в центре, а постоянный магнит вращается вокруг них, а коммутатор и щетки заменяются электронной схемой.Вы можете прочитать больше в нашей основной статье о мотор-редукторах.
Шаговые двигатели, которые вращаются на точно контролируемые углы, представляют собой разновидность бесщеточных двигателей постоянного тока.

Как работают электродвигатели?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 25 июля 2020 г.

Щелкните выключателем и мгновенно получите власть — как бы любили наши предки
электродвигатели! Вы можете найти их во всем, начиная с
электропоезда с дистанционным управлением
автомобили — и вы можете быть удивлены, насколько они распространены.Сколько электрических
моторы сейчас есть в комнате с тобой? Наверное, два
в вашем компьютере для начала, один круто
ездить, а еще один питает охлаждающий вентилятор. Если
вы сидите в спальне, вы найдете моторы в фенах и многих
игрушки; в ванной — вытяжки и электробритвы;
На кухне моторы есть практически во всех устройствах, от стиральных и посудомоечных машин до кофемолок, микроволновых печей и электрических консервных ножей.Электродвигатели зарекомендовали себя среди лучших
изобретения всех времен. Давайте разберемся и узнаем, как они
Работа!

Фото: Даже маленькие электродвигатели на удивление тяжелые.
Это потому, что они набиты туго намотанной медью и тяжелыми магнитами.
Это мотор от старой электрической газонокосилки. Вещь медного цвета в сторону
В передней части оси с прорезями находится коммутатор, удерживающий двигатель
вращение в том же направлении (как описано ниже).

Как электромагнетизм заставляет двигатель двигаться?

Основная идея электродвигателя очень проста: вы помещаете в него электричество с одного конца, а
ось
(металлический стержень) вращается на другом конце, давая вам возможность управлять
машина какая то. Как это работает на практике? Как именно
ваш
преобразовать электричество в движение? Чтобы найти ответ на этот вопрос, у нас есть
вернуться во времени почти на 200 лет.

Предположим, вы берете кусок обычного провода, превращаете его в большую петлю,
и положите его между полюсами мощной постоянной подковы
магнит.Теперь, если вы подключите два конца провода к батарее,
провод будет прыгать
кратко. Удивительно, когда видишь это впервые. Это
прямо как по волшебству! Но есть совершенно научный
объяснение. Когда
электрический ток начинает течь по проводу, он создает
магнитное поле вокруг него. Если разместить провод рядом с постоянным
магнит, это временное магнитное поле взаимодействует с постоянным
поле магнита. Вы знаете, что два магнита расположены рядом друг с другом.
либо притягивать, либо отталкивать.Таким же образом временный магнетизм
вокруг провода притягивает или отталкивает постоянный магнетизм от
магнит, и это то, что заставляет проволоку подпрыгивать.

Правило левой руки Флеминга

Вы можете определить направление, в котором будет прыгать провод, используя
удобная мнемоника (вспомогательная память), называемая правилом левой руки Флеминга (иногда
называется Motor Rule).

Вытяните большой, указательный и второй пальцы левой руки.
рука так, чтобы все три были под прямым углом.Если вы укажете вторым пальцем
в направлении Течения
(который течет от положительного к положительному
отрицательная клемма АКБ), а Первая
палец в
направление поля (которое
течет с севера на южный полюс
магнит), ваш thuMb будет
показать направление, в котором провод
Движется.

Это …

• Первый палец = Поле
• SeCond палец = текущий
• ЧтМб = Движение

Несколько слов о текущем

Если вас смущает то, что я говорю, что ток течет с положительного на отрицательный,
это просто историческое соглашение.Такие люди, как Бенджамин Франклин, помогли разобраться
тайна электричества еще в 18 веке, считали, что это поток положительных зарядов,
так что он перетекал с положительного на отрицательный. Мы называем эту идею условным током.
и до сих пор используют его в таких вещах, как правило левой руки Флеминга. Теперь у нас есть лучшие идеи о том, как
электричество работает, мы склонны говорить о токе как о потоке электронов от отрицательного к положительному в направлении , противоположном направлению обычного тока.Когда вы пытаетесь вычислить вращение двигателя или генератора,
обязательно помните, что ток означает обычный ток , а не поток электронов.

Как работает электродвигатель — теоретически

Фото: Электрик ремонтирует электродвигатель.
на борту авианосца.
Блестящий металл, который он использует, может выглядеть как золото,
но на самом деле это медь,
хороший проводник, который намного дешевле. Фото Джейсона Якобовица любезно предоставлено
ВМС США.

Связь между электричеством, магнетизмом и движением изначально была
открыт в 1820 году французским физиком Андре-Мари
Ампер
(1775–1867), и это фундаментальная наука, лежащая в основе электродвигателя. Но если
мы хотим превратить это удивительное научное открытие в более практическое
Немного технологий для питания наших электрических косилок и зубных щеток, мы должны пойти немного дальше. Изобретателями, которые сделали это, были англичане Майкл Фарадей (1791–1867).
и Уильям Стерджен (1783–1850) и американец
Джозеф Генри (1797–1878).Вот как они
пришли к своему гениальному изобретению.

Предположим, мы сгибаем нашу проволоку в квадратную U-образную петлю, так что
эффективно
два параллельных провода, проходящие через магнитное поле. Один из них
отводит электрический ток от нас по проводам, а другой
один возвращает ток обратно. Поскольку ток течет в
в противоположных направлениях проводов, правило левой руки Флеминга говорит нам о том, что
два провода будут двигаться в противоположных направлениях. Другими словами, когда мы
включите электричество, один из проводов двинется вверх и
другой будет двигаться вниз.

Если бы катушка с проволокой могла продолжать двигаться вот так, она бы вращалась.
непрерывно — и мы будем на пути к созданию электрического
мотор. Но этого не может произойти с нашей нынешней настройкой: провода будут
быстро запутаться. Не только это, но если бы катушка могла вращаться далеко
хватит, что-нибудь еще случится. Как только катушка достигла вертикали
положение, он перевернется, и электрический ток будет
течь через него в противоположном направлении. Теперь силы на каждого
сторона катушки перевернется.Вместо непрерывного вращения в
в том же направлении, он пойдет обратно в том же направлении, в котором только что пришел!
Представьте себе электропоезд с таким двигателем: он будет держать
перетасовки назад и вперед на месте, даже не идя
везде.

Как работает электродвигатель — на практике

Есть два способа решить эту проблему. Один из них — использовать своего рода
электрический ток, который периодически меняет направление, что известно
как переменный ток (AC).
В виде небольших батарейных
двигатели, которые мы используем дома, лучшее решение — добавить компонент
назвал коммутатором
концы катушки.(Не беспокойтесь о бессмысленных технических
имя: это немного старомодное слово «коммутация» немного похоже на
слово «добираться до работы». Это просто означает изменение взад и вперед в одном и том же
путь, который ездит на работу, означает путешествовать туда и обратно.) В простейшей форме
Коммутатор представляет собой металлическое кольцо, разделенное на две отдельные половины и
его задача — реверсировать электрический ток в катушке каждый раз, когда
катушка вращается на пол-оборота. Один конец катушки прикреплен к
каждая половина коммутатора. Электрический ток от аккумулятора
подключается к электрическим клеммам двигателя.Они подают электроэнергию в коммутатор через пару незакрепленных
разъемы, называемые щетками,
сделали
либо из кусочков графита (мягкий уголь, похожий на карандаш
«свинец») или тонкие отрезки упругого металла,
который (как
название предполагает) «задела» коммутатор. С
коммутатор на месте, когда электричество течет по цепи,
катушка будет постоянно вращаться в одном и том же направлении.

Художественное произведение: упрощенная схема деталей в электрическом
мотор. Анимация: как это работает на практике.Обратите внимание, как коммутатор меняет направление тока каждый раз, когда катушка поворачивается.
наполовину. Это означает, что сила с каждой стороны катушки всегда
толкая в том же направлении, что позволяет катушке вращаться по часовой стрелке.

Такой простой экспериментальный двигатель, как этот, не способен производить
большая мощность. Мы можем увеличить усилие поворота (или крутящий момент)
что
двигатель может творить тремя способами: либо у нас может быть больше
мощный постоянный магнит, или мы можем увеличить электрический ток
протекает через провод, или мы можем сделать катушку так, чтобы в ней было много
«витки» (петли) очень тонкой проволоки вместо одного «витка» толстой проволоки.На практике двигатель также имеет постоянный магнит, изогнутый в
круглой формы, так что он почти касается катушки с проволокой, которая вращается
внутри него. Чем ближе друг к другу магнит и катушка, тем
большее усилие, которое может создать двигатель.

Хотя мы описали несколько различных частей, вы можете представить двигатель как имеющий всего два основных компонента:

• По краю корпуса двигателя находится постоянный магнит (или магниты), который остается статичным, поэтому его называют статором двигателя.
• Внутри статора находится катушка, установленная на оси, которая вращается с высокой скоростью, и это называется ротором. Ротор также включает в себя коммутатор.

Универсальные двигатели

Такие двигатели постоянного тока

отлично подходят для игрушек с батарейным питанием (таких как модели поездов, радиоуправляемые автомобили или электробритвы), но вы не найдете их во многих бытовых приборах. Мелкие бытовые приборы (например, кофемолки или электрические блендеры) обычно используют так называемые универсальные двигатели , которые могут питаться как от переменного, так и от постоянного тока.В отличие от простого двигателя постоянного тока, универсальный двигатель имеет электромагнит вместо постоянного магнита, и он получает энергию от источника постоянного или переменного тока, который вы питаете:

• Когда вы питаетесь постоянным током, электромагнит работает как обычный постоянный магнит и создает магнитное поле, которое всегда направлено в одном направлении. Коммутатор меняет направление тока катушки каждый раз, когда катушка переворачивается, как в простом двигателе постоянного тока, поэтому катушка всегда вращается в одном и том же направлении.
• Когда вы подаете переменный ток, однако, ток, протекающий через электромагнит, и ток, протекающий через катушку , оба, , меняют направление, точно синхронно, поэтому сила на катушке всегда в одном и том же направлении, а двигатель всегда вращается по часовой стрелке. или против часовой стрелки.А как насчет коммутатора? Частота тока изменяется намного быстрее, чем вращается двигатель, и, поскольку поле и ток всегда синхронизированы, на самом деле не имеет значения, в каком положении находится коммутатор в любой данный момент.

Анимация: Как работает универсальный двигатель: Электроснабжение питает как магнитное поле, так и вращающуюся катушку. С источником постоянного тока универсальный двигатель работает так же, как и обычный двигатель постоянного тока, как указано выше. При питании от сети переменного тока и магнитное поле, и ток в катушке меняют направление каждый раз, когда ток питания меняется на противоположное.Это означает, что сила на катушке всегда направлена ​​в одну сторону.

Фото: Внутри типичного универсального двигателя: основные части внутри среднего двигателя от кофемолки, которая может работать как от постоянного, так и от переменного тока. Серый электромагнит по краю — это статор (статическая часть), и он питается от катушек оранжевого цвета. Обратите внимание на прорези в коллекторе и прижимающиеся к нему угольные щетки, которые обеспечивают питание ротора (вращающейся части). Асинхронные двигатели в таких устройствах, как электрические железнодорожные поезда, во много раз больше и мощнее этого, и всегда работают с использованием переменного тока высокого напряжения (AC) вместо постоянного тока низкого напряжения (DC) или переменного тока умеренно низкого напряжения в домашних условиях. который приводит в действие универсальные двигатели.

Электродвигатели прочие

В простых двигателях постоянного тока и универсальных двигателях ротор вращается внутри статора. Ротор представляет собой катушку, подключенную к источнику электропитания, а статор представляет собой постоянный магнит или электромагнит. Большие двигатели переменного тока (используемые в таких вещах, как заводские машины) работают немного по-другому: они пропускают переменный ток через противоположные пары магнитов, чтобы создать вращающееся магнитное поле, которое «индуцирует» (создает) магнитное поле в роторе двигателя, вызывая это вращаться.Подробнее об этом вы можете прочитать в нашей статье об асинхронных двигателях переменного тока. Если вы возьмете один из этих асинхронных двигателей и «развернете» его так, чтобы статор фактически превратился в длинную непрерывную дорожку, ротор может катиться по нему по прямой. Эта гениальная конструкция известна как линейный двигатель, и вы найдете ее в таких вещах, как заводские машины и плавучие железные дороги «маглев» (магнитная левитация).

Еще одна интересная конструкция — бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC). Статор и ротор эффективно меняются местами, при этом несколько железных катушек статичны в центре, а постоянный магнит вращается вокруг них, а коммутатор и щетки заменяются электронной схемой.Вы можете прочитать больше в нашей основной статье о мотор-редукторах.
Шаговые двигатели, которые вращаются на точно контролируемые углы, представляют собой разновидность бесщеточных двигателей постоянного тока.

Как работает электродвигатель?

Почти неизбежно вы придете к моменту в своей жизни, когда столкнетесь с несчастным маленьким ребенком и движущейся игрушкой, которая больше не двигается. Вы можете разобрать игрушку, полагаясь на свою удобство, чтобы спасти положение, но, оставшись с кучей компонентов, вы вполне можете задаться вопросом, как эти витки яркой проволоки создают движение.Помимо сломанных игрушек, электродвигатели используются во многих устройствах, которые заставляют наше современное общество двигаться, от автомобилей до часов и охлаждающих вентиляторов в вашем компьютере.

Детали электродвигателя

Электродвигатель создает вращательное или круговое движение. Центральная часть двигателя — это цилиндр, называемый якорем или ротором. Якорь удерживает остальные компоненты, а также является частью двигателя, которая вращается. Вокруг якоря находится статор, в котором находятся изолированные катушки с проволокой, обычно медной.Когда к двигателю подается ток, статор создает магнитное поле, которое приводит в движение якорь. В зависимости от конструкции двигателя вы также можете найти щетки или тонкие металлические волокна, которые удерживают ток на противоположной стороне двигателя во время его вращения.

Как заставить работать

Вы могли заметить, что когда у вас есть два магнита, противоположные полюса притягиваются, а подобные полюса отталкиваются. Электродвигатель использует этот принцип для создания крутящего момента или силы вращения. Не электрический ток сам по себе, а создаваемое им магнитное поле создает силу, когда электродвигатель находится в движении.Электричество, движущееся по проводу, создает круговое магнитное поле, в котором провод является источником и центром вращения. Когда вы добавляете ток, статор и якорь образуют стабильное магнитное поле и электромагнит, который толкается или вращается в этом поле соответственно.

Различные типы электродвигателей

Базовый двигатель работает от постоянного или постоянного тока, но другие двигатели могут работать от переменного или переменного тока. Батареи вырабатывают постоянный ток, а розетки в вашем доме — переменные.Для того, чтобы двигатель работал от переменного тока, необходимы два намотанных магнита, которые не соприкасаются. Они приводят в движение двигатель посредством явления, известного как индукция. Эти асинхронные двигатели являются бесщеточными, поскольку не требуют физического контакта, обеспечиваемого щеткой. Некоторые двигатели постоянного тока также являются бесщеточными и вместо этого используют переключатель, который изменяет полярность магнитного поля, чтобы двигатель работал. Универсальные двигатели — это асинхронные двигатели, которые могут использовать любой источник энергии.

Создание простого электродвигателя

Теперь, когда у вас есть основные части и принципы, вы можете поиграть с концепцией дома.Сделайте катушку из медной проволоки более низкого сечения и проденьте каждый конец в алюминиевую банку, чтобы подвесить ее. Поместите небольшой сильный магнит с обеих сторон подвешенной катушки, чтобы создать магнитное поле. Если вы прикрепите батарею к обеим банкам с помощью зажимов из крокодиловой кожи, ваша катушка станет электромагнитом, а созданный вами ротор из медной проволоки должен начать вращаться.

Электродвигатель — Energy Education

Рисунок 1. Электродвигатель от старого пылесоса. ^[1]
Рисунок 2. Электрический ротор. ^[2]

Электродвигатель — это устройство, используемое для преобразования электричества в механическую энергию, противоположное электрическому генератору. Они работают с использованием принципов электромагнетизма, которые показывают, что сила прилагается, когда электрический ток присутствует в магнитном поле. Эта сила создает крутящий момент на проволочной петле, присутствующей в магнитном поле, которая заставляет двигатель вращаться и выполнять полезную работу. Двигатели используются в широком спектре приложений, таких как вентиляторы, электроинструменты, бытовая техника, электромобили и гибридные автомобили.

Как они работают

У двигателей

есть много разных рабочих частей, чтобы они постоянно вращались, обеспечивая необходимую мощность. Двигатели могут работать от постоянного (DC) или переменного (AC) тока, и оба имеют свои преимущества и недостатки. Для целей этой статьи будет проанализирован двигатель постоянного тока, чтобы узнать о двигателях переменного тока, щелкните здесь.

Основные части двигателя постоянного тока включают: ^[3]

• Статор: Неподвижная часть двигателя, а именно магнит.Электромагниты часто используются для увеличения мощности.

• Ротор: Катушка, которая установлена ​​на оси и вращается с высокой скоростью, обеспечивая систему механической энергией вращения.

• Коммутатор: Этот компонент является ключевым в двигателях постоянного тока, и его можно увидеть на рисунках 3 и 4. Без него ротор не смог бы вращаться непрерывно из-за противодействующих сил, создаваемых изменяющимся током. Коммутатор позволяет ротору вращаться, меняя направление тока каждый раз, когда катушка делает пол-оборота.

• Щетки: Они подключаются к клеммам источника питания, позволяя электроэнергии течь в коммутатор.

• Двигатель постоянного тока

• Рисунок 3: Базовая установка двигателя постоянного тока. ^[3]

• Рисунок 4: Анимация двигателя в действии. Коммутатор вращается, чтобы ротор вращался непрерывно. ^[3]

Список литературы

Как работает электродвигатель в автомобиле

Трехфазный четырехполюсный асинхронный двигатель состоит из двух основных частей: статора и ротора.Статор состоит из трех частей: сердечника статора, токопроводящего провода и рамы. Сердечник статора представляет собой группу стальных колец, которые изолированы друг от друга, а затем соединены друг с другом.
Внутри этих колец есть прорези, через которые проводящий провод будет наматывать обмотки статора. Проще говоря, в трехфазном асинхронном двигателе есть три разных типа проводов. Вы можете назвать эти типы проводов фазой 1, фазой 2 и фазой 3.
Каждый тип проводов наматывается вокруг пазов на противоположных сторонах внутренней части сердечника статора.Как только токопроводящий провод находится внутри сердечника статора, сердечник помещается в раму.

Как работает электродвигатель?

Из-за сложности темы ниже приводится упрощенное объяснение того, как четырехполюсный трехфазный асинхронный двигатель переменного тока работает в автомобиле. Все начинается с аккумуляторной батареи в автомобиле, которая подключена к двигателю. Электроэнергия поступает в статор через аккумуляторную батарею автомобиля. Катушки внутри статора (сделанные из токопроводящей проволоки) расположены на противоположных сторонах сердечника статора и действуют как магниты.Следовательно, когда электрическая энергия от автомобильного аккумулятора подается в двигатель, катушки создают вращающиеся магнитные поля, которые тянут за собой проводящие стержни на внешней стороне ротора. Вращающийся ротор — это то, что создает механическую энергию, необходимую для вращения шестерен автомобиля, которые, в свою очередь, вращают шины. В обычном автомобиле, то есть неэлектрическом, есть и двигатель, и генератор переменного тока. Аккумулятор питает двигатель, который приводит в действие шестерни и колеса. Вращение колес — это то, что затем приводит в действие генератор в автомобиле, а генератор перезаряжает аккумулятор.Вот почему вам советуют водить машину в течение некоторого времени после прыжка: аккумулятор необходимо подзарядить, чтобы он функционировал должным образом. В электромобиле нет генератора.
Итак, как же тогда перезаряжается аккумулятор? Хотя нет отдельного генератора переменного тока, двигатель в электромобиле действует как двигатель и как генератор переменного тока.

Рис. 1. Термин «переменный ток» определяет тип электричества, характеризующийся напряжением и током, которые меняются во времени.

Это связано с переменным характером сигнала переменного тока, который позволяет легко повышать или понижать напряжение до различных значений.Это одна из причин того, почему электромобили так уникальны.
Как упоминалось выше, аккумулятор запускает двигатель, который подает энергию на шестерни, которые вращают шины. Этот процесс происходит, когда ваша нога находится на акселераторе — ротор движется вращающимся магнитным полем, что требует большего крутящего момента. Но что происходит, когда вы отпускаете акселератор? Когда ваша нога отрывается от акселератора, вращающееся магнитное поле останавливается, и ротор начинает вращаться быстрее (в отличие от магнитного поля).Когда ротор вращается быстрее, чем вращающееся магнитное поле в статоре, это действие перезаряжает аккумулятор, действуя как генератор переменного тока.

Переменный ток и постоянный

Концептуальные различия этих двух типов токов должны быть очевидны; в то время как один ток (постоянный) постоянен, другой (переменный) более прерывистый. Однако все немного сложнее, чем это простое объяснение, поэтому давайте разберем эти два термина более подробно.

Постоянный ток (DC)

Непрерывный ток означает постоянный однонаправленный электрический ток. Кроме того, напряжение сохраняет полярность во времени. На батареях, собственно, четко обозначен положительный и отрицательный полюсы. Они используют постоянную разность потенциалов, чтобы всегда генерировать ток в одном и том же направлении. В дополнение к батареям, топливным элементам и солнечным батареям, скольжение между определенными материалами может производить постоянный ток.

Переменный ток (AC)

Термин «переменный ток» определяет тип электричества, характеризующийся напряжением (представьте давление воды в шланге) и током (представьте скорость потока воды через шланг), которые меняются во времени (рис.1). При изменении напряжения и тока сигнала переменного тока они чаще всего следуют по форме синусоидальной волны. Поскольку форма волны является синусоидальной, напряжение и ток чередуются с положительной и отрицательной полярностью во времени. Форма синусоидальной волны сигналов переменного тока обусловлена ​​способом генерации электричества.
Другой термин, который вы можете услышать при обсуждении электроэнергии переменного тока, — это частота. Частота сигнала — это количество полных волновых циклов, завершенных за одну секунду времени.Частота измеряется в герцах (Гц), а в США стандартная частота в электросети составляет 60 Гц. Это означает, что сигнал переменного тока колеблется с частотой 60 полных обратных циклов каждую секунду.

Почему это важно?

Электроэнергия переменного тока — лучший способ передачи полезной энергии от источника генерации (например, плотины или ветряной мельницы) на большие расстояния.

Рис. 2. Многофазная система использует несколько напряжений для сдвига фазы отдельно от каждого, чтобы намеренно выйти из строя.

Это связано с переменным характером сигнала переменного тока, который позволяет легко повышать или понижать напряжение до различных значений. Вот почему в розетках вашего дома будет указано 120 вольт переменного тока (более безопасно для потребления человеком), но напряжение Распределительный трансформатор, который подает электроэнергию в район (те цилиндрические серые коробки, которые вы видите на полюсах линии электропередачи), может иметь напряжение до 66 кВА (66 000 вольт переменного тока). Электропитание переменного тока
позволяет нам создавать генераторы, двигатели и распределительные системы из электричества, которые намного эффективнее постоянного тока, поэтому переменный ток является наиболее популярным током энергии для приложений питания.

Как работает трехфазный четырехполюсный асинхронный двигатель?

Большинство крупных промышленных двигателей представляют собой асинхронные двигатели, которые используются для питания дизельных поездов, посудомоечных машин, вентиляторов и множества других вещей. Однако что именно означает «асинхронный» двигатель?
С технической точки зрения это означает, что обмотки статора индуцируют ток, протекающий в проводники ротора.
С точки зрения непрофессионала, это означает, что двигатель запускается, потому что электричество индуцируется в роторе магнитными токами, а не прямым подключением к электричеству, как у других двигателей, таких как коллекторный двигатель постоянного тока.
Что означает многофазность? Всякий раз, когда у вас есть статор, который содержит несколько уникальных обмоток на полюс двигателя, вы имеете дело с многофазностью (рис. 2).
Обычно предполагается, что многофазный двигатель состоит из трех фаз, но есть двигатели, которые используют две фазы. Многофазная система использует несколько напряжений для сдвига фазы отдельно от каждого, чтобы намеренно выйти из строя.

Рис. 3. Три фазы — это токи электрической энергии, которые подводятся к статору через аккумуляторную батарею автомобиля.

Что означает трехфазный ? Основываясь на основных принципах Николы Теслы, определенных в его многофазном асинхронном двигателе, сформулированном в 1883 году, «трехфазный» относится к токам электрической энергии, которые подводятся к статору через аккумуляторную батарею автомобиля (рис. 3).
Эта энергия заставляет катушки проводящих проводов вести себя как электромагниты. Простой способ понять три фазы — рассмотреть три цилиндра в форме буквы Y, использующие энергию, направленную к центральной точке, для выработки энергии.По мере создания энергии ток течет в пары катушек внутри двигателя таким образом, что он естественным образом создает северный и южный полюсы внутри катушек, позволяя им действовать как противоположные стороны магнита.

Лучшие электромобили

По мере того, как эта технология продолжает развиваться, характеристики электромобилей начинают быстро догонять и даже превосходить их газовые аналоги. Несмотря на то, что электромобилям еще предстоит пройти определенное расстояние, шаги, предпринятые такими компаниями, как Tesla и Toyota, вселили надежду на то, что будущее транспорта больше не будет зависеть от ископаемого топлива.На данный момент мы все знаем успех, который Tesla испытывает в этой области, выпустив седан Tesla Model S, способный проехать до 288 миль, разогнаться до 155 миль в час и иметь крутящий момент 687 фунт-фут.
Однако есть десятки других компаний, которые достигают значительного прогресса в этой области, например, Ford Fusion Hybrid, Toyota Prius и Camry-Hybrid, Mitsubishi iMiEV, Ford Focus, BMW i3, Chevy’s Spark и Mercedes B-Class Electric. (рис.4).

Электромобили и окружающая среда

Электродвигатели влияют на окружающую среду как напрямую, и косвенно, на микро- и макроуровне.Это зависит от того, как вы хотите воспринимать ситуацию и сколько энергии вам нужно. С индивидуальной точки зрения, электромобили не требуют бензина для работы, что приводит к тому, что автомобили без выбросов заполняют наши шоссе и города. Хотя это представляет собой новую проблему, связанную с дополнительным бременем производства электроэнергии, оно снижает нагрузку на миллионы автомобилей, густо населенных в городах и пригородах, выбрасывающих токсины в воздух (рис. 5).
Примечание. Значения MPG (миль на галлон), указанные для каждого региона, представляют собой комбинированный рейтинг экономии топлива для города / шоссе бензинового автомобиля, который будет иметь глобальное потепление, эквивалентное управлению электромобилем.Рейтинги выбросов глобального потепления в регионах основаны на данных электростанций за 2012 год в базе данных EPA eGrid 2015. Сравнения включают выбросы при производстве бензина и электрического топлива. Среднее значение в 58 миль на галлон в США — это средневзвешенное значение продаж, основанное на том, где были проданы электромобили в 2014 году. С большой точки зрения рост количества электромобилей дает несколько преимуществ.

Рис. 5. Значения количества миль на галлон для каждого региона страны — это комбинированный рейтинг экономии топлива бензинового транспортного средства, который при глобальном потеплении будет эквивалентен вождению электромобиля.

Во-первых, снижается уровень шумового загрязнения, так как шум, исходящий от электродвигателя, намного ниже, чем от газового двигателя. Кроме того, поскольку электрические двигатели не требуют того же типа смазочных материалов и технического обслуживания, что и газовые двигатели, количество химикатов и масел, используемых в автомагазинах, будет сокращено из-за меньшего количества автомобилей, нуждающихся в техосмотрах.