Какие бывают моторы: Типы двигателей внутреннего сгорания

Какие бывают двигатели, и чем их можно заправлять

Поршневой двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, по-научному Отто-мотор, сегодня получил максимальное распространение и на текущий момент установлен на значительной части легковушек. Он легкий, дешевый, тихий, изучен продольно и поперечно, да и обслуживать его проще простого. Однако человечество постоянно пытается придумать этому движку альтернативу как по устройству, так и использованию другого рабочего тела — топлива. И порой, у инженеров выходят весьма занятные экземпляры.

Саша Эпштейн

Сжатый воздух

В 2013 году концерн PSA представил систему Hybrid Air, работающую на сжатом воздухе. Французы были далеко не первые. За два года до них японцы испытывали свой прототип Toyota Ku Rin, которая смогла проехать на одном «заряде» сжатого воздуха три с лишним километра — рекорд по тем временам. Годом позже отличились инженеры индийской Tata Motors, представив предсерийное чудо Tata Airpod — трехместный и трехколесный автомобиль для беднейших слоев населения, работающий также на сжатом воздухе.

В отличие от предшественников, разработка PSA оказалась элегантнее и проще. Два баллона со сжатым воздухом, компрессор, нагнетающий воздух, и гидравлический мотор, передающий энергию сжатого воздуха в КПП. Система сама пополняла воздушные запасы, чем качественно отличалась от того-же индийского чуда (Tata Airpod требовалось «накачивать» каждые 200 км). Естественно, помимо «воздушной» установки, под капотом Hybrid Air предполагалось устанавливать классический 3-цилиндровый ДВС, который будет играть роль насоса и вспомогательного мотора.

В компании обещали, что если скорость движения не превысит 70 км/ч, то энергия от сжатого воздуха будет использоваться в течение 60-80% времени. Топливная экономичность варьировалась от нулевых значений расхода и выбросов до 2,9 л/100 км и 69 г/км при использовании ДВС соответственно. Французы планировали начать оснащать Hybrid Air текущие модели концерна с 2016 года, но не сложилось.

Водородные топливные элементы

Есть три типа двигателей, использующих водород: одни работают как обычный ДВС, другой тип — газотурбинные, третьи — агрегаты, использующие химическую реакцию водорода. Первый ДВС, работающий на водороде, появился аж в 1806 году, водород в нем сгорал, как обычный бензин. Сегодня количество таких оригинальных движков стремится к нулю — использовать их чертовски накладно. В газотурбинных агрегатах газ сжимается и нагревается, затем выделяемая энергия преобразуется в механическую. В качестве топлива может использоваться практически любое горючее, которое можно диспергировать: от собственно газов (в том числе водород), до твердых носителей.

Но самые интересные из водородных силовых установок — «химические». В марте этого года BMW и Toyota представили кроссовер i Hydrogen NEXT на базе нынешнего X5. Его силовая установка состоит из электродвигателя и литий-ионной батареи, стеков с водородными топливными элементами, химического преобразователя и двух баллонов, в которые под давлением 700 бар закачены шесть килограммов водорода. Стек специальных ячеек, наполненных водородом, конвертирует химическую энергию газа в электричество, которое аккумулируется в батарее, а она в свою очередь питает электромотор.

Электрохимический генератор выдает 125 кВт, а общая отдача установки — 275 кВт. Единственным продуктом переработки является водяной пар. В BMW заявляют, что к 2022 году планируют выпустить первую партию водородомобилей.

Дизельный двигатель

Более ста лет назад, 23 февраля 1892 года Рудольф Дизель запатентовал свой чудо-двигатель. Принципиальное отличие его агрегата было в том, что топливо в нем нагревалось быстрым сжатием, а не поджогом как в Отто-моторе. Но самое смешное, что первые двигатели Дизеля работали не на дизеле, а на растительных маслах. Более того, первоначально в качестве идеального топлива изобретатель предлагал каменноугольную пыль, так как в Германии не было запасов нефти.

Спектр видов топлива для дизельных двигателей вообще весьма широк. Сюда включаются все фракции нефтеперегонки от керосина до мазута и ряд продуктов природного происхождения: рапсовое масло, фритюрный жир, пальмовое масло и многие другие. Дизельный двигатель может с определенным успехом работать даже на сырой нефти.

Кстати, в Санкт Петербурге в 1898 году на Путилковском заводе был построен агрегат, аналогичный мотору Дизеля. Более того, наша конструкция оказалась проще, надежнее и даже перспективнее немецкой. Но владельцы лицензий Дизеля возбудились, что появилась конкурентная конструкция. Благодаря их давлению все работы над отечественным аналогом дизельного двигателя были остановлены.

Роторный двигатель

Самый престарелый из всех тепловых двигателей именно роторный, чей прародитель появился аж в первом веке нашей эры. Уже в 19 веке активно использовались куда более похожие на современные роторные паровые двигатели, правда те не отличались эффективностью. 

В 1957 года Феликс Ванкель и Вальтер Фройде показали общественности полностью работоспособный роторно-поршневой двигатель (РПД) внутреннего сгорания. Всего каких-то семь лет доработки, и этот движок уже стоял на спорткаре NSU Spider, который стал первым серийником с РПД.

Такой агрегат лишен большого количества движущихся частей, он проще, а особая конструкция мотора позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. Но из-за конструктивных особенностей у роторных моторов крайне низкий ресурс, высокий расход масла и топлива, хотя и большая отдача с меньшего объема.

Из-за этих особенностей единственной компанией, которая массово, помимо NSU, упрямо выпускала автомобили с роторно-поршневым движком была Mazda. И легендарная Mazda RX-8 была скорее имиджевой моделью, нежели коммерческой. Как итог, даже упрямые японцы сдались, и в начале 2000-х работу с роторно-поршневыми двигателями свернули.

Современные двигатели — какие бывают

Двигатели — механизмы, приводящие в движение транспорт или машину. Двигатели работают на топливе (например, двигатели внутреннего сгорания), на ядерной энергии (РИТЭГ), на электричестве (двигатели электромобилей), на водороде, на газу, на дизельном топливе и на многом другом. Тип топлива двигателя определяет его экологичность и другие качества. Двигатели прошли довольно длинную историю, но она еще далеко не окончена. Ученые и инженеры постоянно думают над новым топливом и новыми двигателями, стремясь уместить больше энергии в меньшее количество расходов.

Самое обсуждаемое по теме Современные двигатели

В новом корпоративном письме Илон Маск объявил, что проблемы с производством ракетных двигателей для космического корабля Starship могут привести к банкротству компании SpaceX. Он хотел взять небольшой отпуск на День благодарения (25 ноября), но был вынужден отказаться от своих планов и приехать на производственную линию, чтобы собственноручно помогать рабочим. По его словам, для выхода из катастрофической ситуации на заводе нужно как можно больше рук — в противном случае, планы компании на 2022 год будут неосуществимы. А ведь на начало года запланирован первый полет корабля Starship в космос. Ранее он говорил о неуверенности в том, что корабль достигнет земной орбиты с первого раза, но полет все равно должен осуществиться. Но почему Илон Маск считает, что проблемы с двигателями приведут к банкротству? Неужели нельзя просто сместить сроки?

Читать далее

Вечный двигатель будоражит умы ученых и изобретателей всего мира. Сейчас многие одержимы им примерно так же, как в свое время алхимики были одержимы идеей получения золота из свинца. Все из-за того, что он — вечный двигатель — принесет очень много пользы не только в краткосрочной перспективе, но и на далекое будущее. Главное понимать, что вечный двигатель это не совсем то, что многие себе представляют. Это куда более продвинутая вещь, но в то же время более простая, чем принято считать. А еще есть несколько концепций такого двигателя. Давайте разберемся с некоторыми из них.

Читать далее

С тех пор, как Илон Маск ворвался на автомобильный рынок, интерес к электромобилям не утихает который год. Автомобильные концерны тратят миллиарды на разработки в сфере электрификации автомобилей, а общественность зачастую видит в них спасение окружающей среды и восхищается повышенной эффективностью, но действительно ли это так? Является ли электромобиль революцией в автомобильной промышленности и панацеей от нефтепродуктов, или это просто очень красивый маркетинг с харизматичным лидером у руля? Давайте затронем все эти моменты в данной статье.

Читать далее

Ежедневно транспортные средства загрязняют воздух выхлопными газами, которые вредят не только природе, но и здоровью людей. По данным Росприроднадзора, в 2017 году объем выбросов углекислого газа от одних только автомобилей составил более 14,5 миллиона тонн. Чтобы снизить этот показатель, многие страны хотят отказаться от транспорта с двигателями внутреннего сгорания и перейти на электрические аналоги. Примечательно, что новые двигатели необходимо устанавливать не только на автомобили, но и на самолеты и даже на грузовые корабли. В 2018 году в Голландии началось строительство двух электрических «кораблей Тесла».

Читать далее

На сегодняшний день межпланетные полеты (не говоря уже о перемещениях за пределы нашей Солнечной системы) упираются в одну проблему — недостаточная мощность ракетных двигателей. Конечно, непрерывно ведутся работы по улучшению этого компонента ракет. Кто-то даже всерьез занимается вопросом создания ионного двигателя, но дальше всех пошел инженер NASA Дэвид Бернс, который предлагает использовать в качестве двигателя ускоритель частиц.

Читать далее

Прямо сейчас на орбите Земли работает тысяча искусственных спутников, практически каждый из которых передвигается при помощи дорогостоящих ионных двигателей со сроком службы не более трех лет. Если эти двигатели такие дорогие и недолговечные, почему бы ученым не разработать более дешевый и надежный вариант управления спутниками? Многих это удивит, но он уже создан и применен в тестовом спутнике LightSail 2 — он движется вокруг планеты за счет солнечных частиц, которые толкают прикрепленный к спутнику парус. Огромное и блестящее полотно было развернуто 23 июля, и его вполне можно разглядеть с Земли.

Читать далее

Компания Tesla, которая на данный момент является производителем самых известных электрических автомобилей, была основана Илоном Маском в 2003 году. Первым автомобилем компании стал Tesla Roadster, который был выпущен только спустя пять лет после ее основания. На данный момент он уже не продается, но компания разрабатывает его обновленную версию, которая мало того что будет мощнее предыдущей, так еще и обзаведется ракетными двигателями. О грядущей новинки давно не было ничего слышно, но недавно Илон Маск поделился некоторыми подробностями.

Читать далее

С 17 по 23 июня во Франции проходит авиасалон Ле-Бурже, в ходе которого производители самолетов из разных стран демонстрируют свои новые авиационные технологии. В этом году особое внимание уделяется электрическим летательным аппаратам, которые способны перевозить пассажиров на небольшие расстояния с нулевым количеством вредных выбросов в атмосферу. Особенно выделилась израильская компания Eviation, которая представила самый большой в мире полностью электрический самолет Alice с девятью местами для пассажиров.

Читать далее

Производители техники всеми способами пытаются минимизировать загрязнение окружающей среды, поэтому за последние годы, помимо электрокаров, свет увидело множество прототипов гибридных самолетов. Взять, к примеру, летающий автомобиль Terrafugia — благодаря гибридному двигателю, он меньше загрязняет воздух, и вмещает в себя двух людей. В мире есть гибридные самолеты побольше, и одним из них является Ampaire 337 — на днях он совершил свой первый публичный полет и доказал, что практически готов к коммерческому использованию.

Читать далее

С самого рождения космической эпохи мечта о поездке в другую солнечную системы удерживалась в «ракетной узде», которая жестко ограничивает скорость и размеры космического корабля, который мы запускаем в космос. По оценкам ученых, даже при использовании самых мощных ракетных двигателей сегодня потребуется около 50 000 лет, чтобы достичь нашего ближайшего межзвездного соседа — Альфы Центавра. Если люди когда-либо надеются увидеть восход инопланетного солнца, время транзита должно существенно сократиться.

Читать далее

Что такое электродвигатель?

Электродвигатели представляют собой устройства, преобразующие электрическую энергию в механическую, обычно в форме вращательного движения. Проще говоря, это устройства, которые используют электроэнергию для выработки движущей силы.

Электродвигатели не только обеспечивают простое и эффективное средство для создания высокой выходной мощности привода, но и их легко уменьшить, что позволяет встраивать их в другие машины и оборудование. В результате они находят широкое применение как в промышленности, так и в повседневной жизни.

Принцип действия

Помнишь, тебя в школе учили правилу левой руки Флеминга? Электродвигатели являются применением этого правила, при этом сила, создаваемая электрическим током, протекающим через катушку в присутствии магнитного поля, заставляет вал двигателя вращаться.

На приведенной ниже диаграмме правило левой руки Флеминга говорит нам, что направленная вверх сила генерируется, когда ток течет перпендикулярно магнитному полю от магнита ^* .

• *

  Магнитное поле: Область, в которой присутствует магнитная сила (направленная от северного (N) к южному (S) полюсу магнита).

Как достигается вращение в электродвигателе

В случае коллекторного электродвигателя постоянного тока ^*1 , например, эту силу можно использовать для поддержания непрерывного вращения путем изменения направления тока на каждом полуобороте катушки (что достигается с помощью щеток и коммутатора ^*2 )

• *1

  Двигатель постоянного тока: Двигатель, работающий от постоянного тока (DC)

• *2

  Щетки и коллектор: При совместном использовании они меняют направление тока каждый раз, когда вал двигателя делает пол-оборота.

История электродвигателей

Британский ученый Майкл Фарадей пользуется особым влиянием среди многих ученых 19 века, сыгравших определенную роль в изобретении и разработке электродвигателей. В 1821 году Фарадей провел успешный эксперимент, в котором вращение проволоки осуществлялось с помощью магнита вместе с магнитным полем, создаваемым электрическим током. В 1831 году он изобрел закон магнитной индукции, заложив основу для значительного прогресса в области электродвигателей и генераторов.

Со временем было изобретено множество других типов электродвигателей, а также конструкции, которые можно считать архетипическими двигателями постоянного тока.

Впоследствии, в 1872 году, практический электродвигатель был не столько изобретен, сколько открыт, когда один из генераторов, выставленных на Всемирной выставке в Вене, начал вращаться сам по себе после того, как был случайно подключен к другому генератору. Это привело людей к пониманию того, что то, как работают генераторы, можно использовать и в двигателях.

Последовавший за этим быстрый рост практического использования генераторов был таким, что они стали основой многих отраслей промышленности в 20 веке.

Двигатели и генераторы

В то время как электродвигатели преобразуют электрическую энергию во вращение и другие формы механической энергии, генераторы выполняют обратную роль преобразования механической энергии в электрическую.
Несмотря на эти противоположные функции, двигатели и генераторы очень похожи по конструкции и принципу действия. Фактически, простой эксперимент, в котором два модельных двигателя соединены вместе, — это все, что нужно, чтобы продемонстрировать, что электрический двигатель также может работать как генератор.
Естественно, учитывая различные способы их использования, два типа машин всегда разрабатывались отдельно.

Типы электродвигателей

Электродвигатели бывают самых разных форм в зависимости от типа используемого тока, конструкции их катушек (обмоток) и того, как они генерируют магнитное поле. Соответственно, их можно классифицировать по различным признакам.
Ниже описаны три типа электродвигателей, обычно используемых как в быту, так и в промышленности.

Двигатели постоянного тока

Это двигатели, приводимые в действие источником постоянного тока. Они подразделяются на щеточные и бесщеточные (BLDC) двигатели в зависимости от того, используют ли они щетки ^*1 .
В то время как коллекторным двигателям постоянного тока для работы требуется только подключение к источнику питания постоянного тока, бесщеточным двигателям постоянного тока требуется датчик для определения ориентации магнитных полюсов ротора

*2 и схема привода для подачи соответствующего тока.

• *1

  Щетка: Деталь, используемая вместе с коллектором.

• *2

  Ротор: часть двигателя, которая вращается. Вал двигателя является частью ротора.

Двигатели переменного тока

Это двигатели, приводимые в действие источником переменного тока. Они сгруппированы в зависимости от того, является ли источник питания однофазным ^*1 или трехфазным ^*2 .
Однофазные двигатели далее сгруппированы в конденсаторные двигатели, в которых используется конденсатор ^*3 для создания крутящего момента, и двигатели с расщепленными полюсами, которые имеют дополнительную катушку (обмотку), называемую экранирующей катушкой ^*4 .

• *1

  Однофазный: Обычный источник питания переменного тока, обычно доступный в домах.

• *2

  Трехфазный: тип источника питания переменного тока, используемый в основном в промышленности.

• *3

  Конденсатор: электронный компонент, хранящий электрическую энергию.

• *4

  Затеняющая катушка: катушка с замкнутой цепью, намотанная вокруг части сердечника статора.

Шаговые двигатели

Это двигатели, которые вращаются на фиксированный шаг (угол) каждый раз, когда вводится импульс ^*1 .
Шаговые двигатели можно сгруппировать по структуре их ротора. Двигатели с постоянными магнитами (PM) ^*2 имеют магнит в роторе ^*3 , двигатели с переменным сопротивлением (VR) ^*4 имеют железный сердечник, а гибридные двигатели имеют и то, и другое.

• *1

  Импульс: Короткий всплеск электричества, производимый включением и выключением источника питания.

• *2

  Ротор: часть двигателя, которая вращается. Вал двигателя является частью ротора.

• *3

  Двигатель с постоянными магнитами: Двигатель с постоянным магнитом

  .

• *4

  Двигатель

  VR: двигатель с переменным магнитным сопротивлением, в котором сердечники расположены подобно зубьям шестерни, при этом такое расположение определяет угол шага.

Обзор типов электродвигателей

В таблице ниже перечислены основные характеристики трех различных типов двигателей.

В дополнение к перечисленным выше существует множество других типов электродвигателей.

Тип	Характеристики
Линейный двигатель	Двигатель, скользящий в линейном направлении
Ультразвуковой двигатель	Двигатель, приводимый в движение ультразвуковыми колебаниями
Двигатель без сердечника	Коллекторный двигатель постоянного тока с ротором без железного сердечника или бесщеточный двигатель со статором без железного сердечника
Универсальный двигатель	Двигатель с фазным ротором и фазным статором, работающий как на переменном, так и на постоянном токе
Гистерезис двигателя	Двигатель переменного тока, в роторе которого используется материал, обладающий гистерезисом и вращающийся за счет гистерезисного крутящего момента
Двигатель SR	Шаговый двигатель VR, который также имеет функцию определения положения ротора, что позволяет избежать потери синхронизации

Применение двигателей

Хотя электродвигатели используются по-разному, ниже перечислены общие области применения бесщеточных двигателей постоянного тока и шаговых двигателей, поставляемых ASPINA.

Области применения бесщеточных двигателей постоянного тока

Благодаря небольшим размерам, высокой мощности, низкому уровню шума и вибрации, а также длительному сроку службы бесщеточные двигатели постоянного тока находят широкое применение в таких приложениях, как системы вентиляции (очистители воздуха и другие виды кондиционер), бытовая техника, холодильники, водонагреватели, торговые автоматы, копировальные аппараты, принтеры, проекторы, оргтехника, контрольно-измерительные приборы, транспортные средства и медицинские приборы.

• Кондиционеры
• Финансовые терминалы (банкоматы), разменные автоматы, автоматы по обмену валюты, автоматы по продаже билетов
• Бытовая техника
• Чистые помещения
• Водонагреватели и горелки
• Оптические изделия
• Торговые автоматы
• Принтеры
• Морозильные и холодильные витрины
• Копировальные аппараты
• Медицинское оборудование
• Офисное оборудование
• Системы лабораторного анализа

Области применения шаговых двигателей

Превосходная точность остановки, высокий крутящий момент на средних и низких скоростях и превосходная чувствительность шаговых двигателей означают, что они могут использоваться в самых разных приводных устройствах, требующих точного управления.

• Производственное оборудование
• Приводы оптических дисков (приводы Blu-ray, DVD и т. д.)
• Медицинское оборудование
• Лазерные принтеры
• Лабораторные аналитические приборы
• Цифровые камеры
• Банкоматы
• Жалюзи кондиционера
• Торговые автоматы
• Развлекательные автоматы
• Автоматы по продаже билетов
• Копировальные аппараты
• Роботы

Решение проблем с электродвигателями

ASPINA поставляет не только автономные шаговые двигатели, но и системные продукты, включающие системы привода и управления, а также механические конструкции. Они подкреплены всесторонней поддержкой, которая простирается от прототипирования до коммерческого производства и послепродажного обслуживания.
ASPINA может предложить решения, адаптированные к функциям и характеристикам, требуемым в различных отраслях промышленности, областях применения и потребительских продуктах, а также для ваших конкретных производственных схем.

ASPINA поддерживает не только клиентов, которые уже знают свои требования или спецификации, но и тех, кто сталкивается с проблемами на ранних стадиях разработки.
Вы боретесь со следующими проблемами?

Выбор двигателя

• У вас еще нет подробных спецификаций или проектных чертежей, но вам нужен совет по двигателям?
• У вас нет штатного специалиста по двигателям, и вы не можете определить, какой тип двигателя лучше всего подойдет для вашего нового продукта?

Разработка двигателей и связанных с ними компонентов

• Хотите сосредоточить свои ресурсы на основных технологиях и заказать приводные системы и разработку двигателей на стороне?
• Хотите сэкономить время и силы на перепроектирование существующих механических компонентов при замене двигателя?

Уникальное требование

• Нужен специальный двигатель для вашего продукта, но ваш обычный поставщик отказался?
• Не можете найти двигатель, который дает вам требуемый контроль, и почти теряете надежду?

Ищете ответы на эти вопросы? Свяжитесь с ASPINA, мы здесь, чтобы помочь.

Ссылки на глоссарий и страницы часто задаваемых вопросов

электродвигатель | Определение, типы и факты

трехфазный асинхронный двигатель

Смотреть все СМИ

Ключевые сотрудники:

Никола Тесла Томас Давенпорт Ипполит Фонтейн Майкл Фарадей

Связанные темы:

синхронный двигатель линейный двигатель гистерезис двигателя двигатель постоянного тока двигатель переменного тока

См. всю связанную информацию →

электродвигатель , любой из классов устройств, преобразующих электрическую энергию в механическую, обычно с использованием электромагнитных явлений.

Большинство электродвигателей развивают свой механический крутящий момент за счет взаимодействия проводников, несущих ток, в направлении, перпендикулярном магнитному полю. Различные типы электродвигателей различаются способами расположения проводников и поля, а также управлением, которое может осуществляться над механическим выходным крутящим моментом, скоростью и положением. Большинство основных видов описаны ниже.

Простейший тип асинхронного двигателя показан в поперечном сечении на рисунке. Трехфазный набор обмоток статора вставлен в пазы в железе статора. Эти обмотки могут быть соединены либо по схеме «звезда», обычно без внешнего соединения с нейтральной точкой, либо по схеме «треугольник». Ротор состоит из цилиндрического железного сердечника с проводниками, размещенными в пазах по всей поверхности. В наиболее обычной форме эти проводники ротора соединены друг с другом на каждом конце ротора проводящим концевым кольцом.

Основу работы асинхронного двигателя можно разработать, если сначала предположить, что обмотки статора подключены к трехфазному источнику электропитания и что в обмотках статора протекает набор из трех синусоидальных токов формы, показанной на рисунке. На этом рисунке показано влияние этих токов на создание магнитного поля в воздушном зазоре машины в течение шести мгновений цикла. Для простоты показана только центральная петля проводника для каждой фазной обмотки. В данный момент t ₁ ток в фазе a максимальный положительный, а в фазах b и c половина отрицательного значения. Результатом является магнитное поле с примерно синусоидальным распределением вокруг воздушного зазора с максимальным значением наружу вверху и максимальным значением внутрь внизу. В момент времени t ₂ на рисунке (т. е. на одну шестую цикла позже) ток в фазе c максимален, а в обеих фазах b и фазы a имеют положительное значение половины значения. Результат, как показано для t ₂ на рисунке, снова представляет собой синусоидально распределенное магнитное поле, но повернутое на 60 ° против часовой стрелки. Изучение распределения тока для t ₃ , t ₄ , t ₅ и t ₅ и t ₆ показывает, что магнитное поле продолжает вращаться во времени. Поле совершает один оборот за один цикл токов статора. Таким образом, совместное действие трех равных синусоидальных токов, равномерно смещенных во времени и протекающих по трем равномерно смещенным по угловому положению статорным обмоткам, должно создавать вращающееся магнитное поле с постоянной величиной и механической угловой скоростью, зависящей от частоты электроснабжение.

Викторина «Британника»

Электричество: короткие замыкания и постоянные токи

В чем разница между электрическим проводником и изолятором? Кто изобрел аккумулятор? Почувствуйте, как ваши клетки горят, пока вы перезаряжаете свою умственную батарею, отвечая на вопросы этой викторины.

Вращательное движение магнитного поля по отношению к проводникам ротора вызывает индуцирование в каждом из них напряжения, пропорционального величине и скорости поля относительно проводников. Поскольку проводники ротора замкнуты накоротко друг с другом на каждом конце, эффект будет заключаться в том, что в этих проводниках будут протекать токи. В простейшем режиме работы эти токи будут примерно равны наведенному напряжению, деленному на сопротивление проводника. Картина токов ротора на момент t ₁ рисунка показан на этом рисунке. Видно, что токи примерно синусоидально распределены по периферии ротора и расположены так, чтобы создавать крутящий момент против часовой стрелки на роторе (т. е. крутящий момент в том же направлении, что и вращение поля). Этот крутящий момент ускоряет ротор и вращает механическую нагрузку. По мере увеличения скорости вращения ротора его скорость относительно скорости вращающегося поля уменьшается. Таким образом, индуцированное напряжение уменьшается, что приводит к пропорциональному уменьшению тока проводника ротора и крутящего момента. Скорость ротора достигает устойчивого значения, когда крутящий момент, создаваемый токами ротора, равен крутящему моменту, требуемому при этой скорости нагрузкой, без избыточного крутящего момента, доступного для ускорения объединенной инерции нагрузки и двигателя.

Механическая выходная мощность должна обеспечиваться входной электрической мощностью. Первоначальных токов статора, показанных на рисунке, как раз достаточно для создания вращающегося магнитного поля. Чтобы поддерживать это вращающееся поле при наличии токов ротора на рисунке, необходимо, чтобы обмотки статора несли дополнительную составляющую синусоидального тока такой величины и фазы, чтобы нейтрализовать влияние магнитного поля, которое в противном случае возникло бы. токами ротора на рисунке. Тогда общий ток статора в каждой фазной обмотке представляет собой сумму синусоидальной составляющей, создающей магнитное поле, и другой синусоиды, опережающей первую на четверть цикла, или 90°, чтобы обеспечить требуемую электрическую мощность. Вторая, или силовая, составляющая тока находится в фазе с напряжением, приложенным к статору, в то время как первая, или намагничивающая, составляющая отстает от приложенного напряжения на четверть периода или 90°. При номинальной нагрузке эта составляющая намагничивания обычно находится в диапазоне от 0,4 до 0,6 величины составляющей мощности.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Большинство трехфазных асинхронных двигателей работают с обмотками статора, подключенными непосредственно к трехфазной сети постоянного напряжения и постоянной частоты. Типичное линейное напряжение питания находится в диапазоне от 230 вольт между фазами для двигателей относительно малой мощности (например, от 0,5 до 50 киловатт) до около 15 киловольт между фазами для мощных двигателей мощностью до 10 мегаватт.

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

В асинхронном двигателе, показанном на предыдущих рисунках, магнитное поле совершает один оборот за каждый цикл частоты питания. При частоте питания 60 Гц скорость поля составляет 60 оборотов в секунду или 3600 оборотов в минуту. Скорость ротора меньше скорости поля на величину, достаточную, чтобы индуцировать требуемое напряжение в проводниках ротора для создания тока ротора, необходимого для крутящего момента нагрузки.