Все о моторах: WIKIMOTORS | Двигатели автомобилей на Викимоторс — Интернет-магазин мототехники, магазин по продаже квадрациклов, скутеров, мотоциклов, снегоходов, продажа мототехники в Санкт-Петербурге

Все о моторах: WIKIMOTORS | Двигатели автомобилей на Викимоторс

Содержание

Эти автомобили ездят на лучших в мире моторах

Главная
Статьи
Эти автомобили ездят на лучших в мире моторах

Автор: Илья Огородников

«Двигатель года». Наверное, вторая по престижности премия в автомобильном мире, которую производители стремятся получить сразу после распределения наград в номинации «Автомобиль года». Как оказалось, лучшие машины не всегда ездят на лучших моторах. Так кто же на них ездит? Все ответы — в нашем материале.

Первым делом стоит отметить, что международная премия «Двигатель года», по большому счету, стоит воспринимать как «Двигатель года в Европе». Во-первых, потому, что из года в год почти все финалисты европейского происхождения. Во-вторых, потому, что получают награды моторы за технологичность, инновационность, экономичность, экологичность и прочие, чуждые для россиян понятия.

Иногда получается так, что двигатель, получивший престижную премию там, в наших условиях не выдерживает никакой критики, в частности, по надежности, ремонтопригодности и моторесурсу.

Двигатель года:

трехцилиндровый турбомотор Ford 1.0 EcoBoost

Удивительный силовой агрегат победителем становится уже третий год подряд. Мало того что номинальная отдача этой «капельницы» составляет до 125 лошадиных сил, так и под капот его ставят не только на компактные Ford Fiesta, Focus, B-Max и C-Max, но даже на крупный Ford Fusion (Mondeo) последнего поколения.

По большому счету, в американской компании решили устроить эксперимент. Ведь столь маленький мотор, тягая на себе тяжеленные машины, всегда работает на пределе своих возможностей. А значит, его ресурсные испытания ложатся на плечи покупателей. Но сам факт установки говорит, что Ford верит в этот двигатель. А судя по третьему титулу, верят и эксперты.

Оценить возможности самого лучшего мотора россияне, увы, пока не могут. Ни одна модель Форд с этим двигателем в нашу страну не поставляется.

Лучший новый двигатель:

турбомотор Mercedes-Benz 2.0 AMG

Порадовал жюри и высокофорсированный мотор от AMG. Специалисты придворного тюнингового ателье Мерседес выдули из четырех цилиндров и всего двух литров объема аж 360 лошадиных сил. Прочувствовать мощь двигателя смогут покупатели моделей компактной линейки AMG. Среди них: A 45 AMG, CLA 45 AMG и GLA 45 AMG — все они доступны и россиянам.

Лучший «зеленый» двигатель:

электрическая силовая установка Tesla

После того как европейцы из чувства патриотизма дали титул Car og the Year 2014 французам из Peugeot, незаслуженно отодвинув американскую Tesla Model S на второе место, пришло время компенсаций: электромотор Теслы — лучший! 310-киловаттный двигатель в пересчете получает почти 420 «лошадей» и 610 Нм тяги, батареи — 426 километровый запас хода. А разгон до 100 км/ч — за 4,4 секунды.

Прочувствовать достижения самого-пресамого электромобиля наши богатые соотечественники пока не могут. Официально в России Тесла не продаётся, однако наиболее ярые поклонники «зеленых» технологий самостоятельно привозят машины.

Лучший спортивный мотор:

4.5-литровый атмосферный V8 от Ferrari 458 Italia

Единственный «атмосферник», удостоенный премии, — могучий V8 4.5 о 570 «лошадях». Доступен он только на 458-й модели Феррари и пришел на смену предыдущей «восьмерке» 4.3, которую ещё можно встретить на Ferrari California. Нынешний двигатель разгоняет итальянский суперкар за 3,4 секунды до 100 км/ч, а замирает стрелка спидометра уже на отметке в 325 км/ч.

Любая из Ferrari доступна на нашем рынке, и почему бы не взять ту, на которой стоит лучший атмосферный мотор.

Лучший двигатель от 1. 0 до 1.4 литра:

Volkswagen 1.4 TSI

Наверное, самый удачный из всех массовых турбомоторов. Фольксвагеновский 1.4 имеет неимоверное количество вариантов по форсировкам вплоть до 180 л.с., но даже в самой слабой версии отлично таскает на себе такие автомобили, как VW Passat и Skoda Superb. В общем-то, самый ходовой двигатель всего концерна VW, в том числе и в России. По возможностям — абсолютно заслуженная победа. А вот по надёжности в суровых российских реалиях к двигателю и к турбине в частности, у наших покупателей нередко возникают вопросы.

Лучший двигатель от 1.4 до 1.8 литра:

BMW/PSA 1.6 Turbo

Ещё один масспродукт, который заслуживает самых хвалебных отзывов за свои характеристики. Отличные динамические показатели Peugeot, Citroen, MINI и BMW — заслуга именно этого мотора. Только вот в Европе на отличном топливе и масле этот двигатель великолепен.

А в России накрывается тазом из чистейшей меди порой на двадцати тысячах километров пробега. То турбина, то термостат, то сальники распредвала, а то и головка блока целиком. Радует, что многое уже исправлено, а многое без всяких вопросов меняется по гарантии.

Лучший двигатель от 2.0 до 2.5 литров:

Audi 2.5 TFSI

Двигатель интересен прежде всего нечетностью цилиндров — их пять. Возможно, из-за своей оригинальности в довольно популярном диапазоне объемов мотор и победил. Ещё интереснее другое. Несмотря на огромнейший модельный ряд Ауди, этот двигатель устанавливается под капот всего на две машины, причем очень экстравагантные: Audi TT RS и Audi RS Q3. Обе можно купить в России.

Лучший двигатель от 3.0 до 4.0 литров:

McLaren 3.8 V8 BiTurbo

Легендарные МакЛарен для многих существуют только в виде мечты или, в лучшем случае, в виде виртуальных «моделек» в каком-нибудь NFS. А ведь эти гоночные монстры где-то ездят по дорогам общего пользования, и возит их могучий V8 3.8 с двойным турбоннадувом. Спросите, какова его мощность? Вплоть до невообразимых 737 лошадиных сил!

Купить эту краснокнижную машину в России не получится. Однако, учитывая космическую стоимость МакЛарена, можно предположить, что если кто из отечественных толстосумов решится на заказ, то автомобиль привезут с завода прямо к порогу заказчика.

Если говорить в общем, то сейчас в автомобильном двигателестроении правят турбонаддувы. Моторы с «улиткой» захватили не только спорт- и премиум-сегмент, но даже сверхкомпактный массовый класс. Причиной тому является эффективность турбин и их высокий КПД при хороших показателях экономичности и себестоимости: позволить «снять» с литра больше 100 лошадиных сил могли только производители спортбайков, а сейчас — почти все желающие.

Что же касается надёжности сверхтехнологичных моторов, то она почти полностью утратила смысл. В эпоху массового потребления делать моторы, выживающие значительно дольше гарантийного срока, нерентабельно.

Новые статьи

Статьи / Авто с пробегом 5 причин покупать и не покупать Toyota Fortuner II «Безупречный автомобиль», «феноменальная проходимость», «подвеска трясучая, руль жесткий, двигатель внутри мычит, как бизон», «огромные просчеты в плане комфорта», «комфортный красавец», «оч. .. 725 0 0 09.10.2022

Статьи / Практика Зри в шкворень: что такое шкворневая подвеска, как ее обслуживать и зачем шприцевать Слово «шкворень» сегодня кому-то кажется таким же архаизмом, как «зипун», «ендова» и «батог». На самом деле это не так: шкворни еще не покинули нас, и вполне вероятно, что некоторым придется… 778 7 0 07.10.2022

Статьи / Авто с пробегом Вдоль по трассе 60: опыт владения BMW 325i E36 Обзавестись автомобилем из культового роуд-муви «Трасса 60» – задача в нашей стране непростая. Это и длительные поиски, и «параллельный импорт», и сложная логистика, и годы мучительного ожид… 1754 9 5 06.10.2022

Редко, но метко, или Конструктивные дефекты в современных моторах

Причиной неисправности двигателя может стать что угодно: экстремальные условия эксплуатации, неправильное обслуживание мотора, бракованная деталь, в конце концов – обычный износ. Одним словом, случается всякое. Куда хуже, когда поломка возникает из-за дефекта в конструкции, который был заложен еще на стадии проектирования. Бывает подобное крайне редко, но все же встречается.

Трудно поверить, что у серийно выпускаемого автомобиля, который расходится по всему миру тиражом в сотни тысяч экземпляров, может быть конструктивный дефект.

Но если все же такое возможно? Ведь объявляют же производители об отзыве машин, и порой даже очень крупных партий. С другой стороны, зачастую причиной таких отзывов становятся не конструктивные дефекты, а так называемые технологические. В таком случае причина чаще всего заключается в ошибке при процессе механической обработки или сборки. Малейшее нарушение работы автоматической линии или робота на конвейере обычно приводит к таким последствиям. Но все же, может ли быть у машины конструктивный дефект? Теоретически – да. Но в таком случае возникает вопрос: если у каких-то моделей автомобилей в конструкции он есть, то почему только некоторые из них ломаются, а не все подряд?

Вообще конструктивный дефект – вещь довольно редкая. Ведь прежде чем какая-то конкретная модель попадает на конвейер, она проходит ряд испытаний на надежность. Но порой даже целый комплекс таких «проверок на выносливость» не может воссоздать реальные условия эксплуатации. Причин множество: пробки, погодные условия, качество дорог не всегда поддаются полному анализу при доводке конструкции. И в конце концов, за рулем машин оказываются разные водители с абсолютно разной манерой и стилем вождения. Одни крутят мотор до отсечки, другие пролетают по трамвайным путям на бешеной скорости, а третьи, наоборот, уж слишком берегут свои автомобили. Поэтому редко, но все же такое случается, когда какие-то недостатки в конструкции машин не выявляются в ходе испытаний, но дают о себе знать при эксплуатации. Другое дело, что понять истинную причину их появления довольно непросто. Ведь если конкретная модель имеет некий изъян, то сложно определить, вызвана она ошибкой при проектировании конструкции, или ошибка допущена во время конкретной технологической операции.

Когда налицо признаки и технологического, и конструктивного брака, оба этих фактора накладываются друг на друга, и отделить одно от другого трудно. Такие поломки относят к так называемым конструктивно-производственным. Впрочем, чтобы было понятнее, лучше рассмотреть пример из жизни.

Заправились не тем

Подобная неисправность была найдена у одного массового и бюджетного седана известного мирового производителя. У определенной части владельцев таких машин иногда возникали проблемы при запуске холодного мотора. Несмотря на то что есть ГОСТ, по которому запуск с третьей попытки считается в пределах нормы, в случае с нашей моделью некоторым водителям удавалось это сделать лишь с пятого, а то и с шестого раза. И не только в мороз. При этом приходилось, как говорится, «прокачивать» педаль газа, что по отношению к современному автомобилю, оснащенному электронными системами управления, кроме как нонсенсом не назовешь.

Один из таких владельцев, естественно, пожаловался дилеру. Где сразу же получил тривиальный ответ: «мол, а чего вы хотите? Топливо-то некачественное заливаете».

Но неужто все седаны с такой проблемой заправлялись некачественным топливом? Да и мотор у автомобиля был абсолютно исправен, а сложности с пуском у него возникали лишь в определенные моменты. Поэтому решил наш герой идти до конца и обратился в суд с иском о замене автомобиля – на том основании, что дефект неустранимый и не позволяет нормальную эксплуатацию.

С одной стороны клапан холостого хода был покрыт толстым слоем нагара, а с другой блестел как после свежей обработки

В итоге машина оказалась у экспертов, которые начали изучать двигатель и его состояние. Все же, на всякий случай, проверили топливо, но оно оказалось даже лучше того, что требуется по ГОСТу. Тогда решили проверить исправность форсунок, но следов нарушения их работы не нашли, не обнаружили также никаких следов смол или грязи. Для пущей убедительности проверили производительность форсунок на стенде – результат исследований подтвердил, что они в норме. Свечи зажигания также оказались исправны. А так как машина бодро ехала, никаких жалоб владельца на работу двигателя после его запуска не было, бензонасос и топливный фильтр даже проверять не стали – было ясно, что проблема наверняка не там.

Воздух

Как известно, для пуска двигателя необходимо подать в него воздух, добавить строго необходимое количество топлива и поджечь всю эту смесь искрой. Если с топливом и искрой все в порядке, то проблему надо искать в воздухе.

Действительно, неисправность, вызванная неправильной подачей воздуха, могла быть причиной затруднительного холодного пуска – за это отвечает так называемый клапан холостого хода. На современных машинах этот клапан имеет специальный миниатюрный электродвигатель для привода запорной иглы, и его работа автоматизирована. При повороте ключа зажигания блок управления двигателем дает команду клапану, который перед запуском двигателя открывает в дроссельном узле специальный воздушный канал, по которому воздух проходит мимо закрытой дроссельной заслонки. Сечение, открываемое клапаном для прохода воздуха, строго регулируется блоком управления в зависимости от многих параметров, но прежде всего от температуры окружающей среды и температуры двигателя – достаточно небольшой ошибки, воздуха пойдет чуть больше или меньше, и двигатель не заведется. Дальше, при включении стартера, от блока управления идет команда на подачу топлива и зажигание. Но так как топливная аппаратура и зажигание в нашей машине были исправны, после такого простейшего анализа сомнений почти не осталось – проблема именно в подаче воздуха.

Ладно, открутили клапан холостого хода. Он вроде бы исправен, но смутил его вид. В месте контакта иглы с корпусом наблюдалась странная картина – с одной стороны была потертость, а с другой – довольно толстый слой нагара. Чем это могло быть вызвано, и нет ли здесь связи с плохим запуском?

Чтобы ответить этот на вопрос, пришлось разбираться, как работает клапан. Собственно, на нашей машине, как и у всех современных автомобилей, работа клапана холостого хода осуществляется с помощью алгоритма, заложенного в систему управления двигателем. При этом в алгоритме есть интересный нюанс. Обычно, когда глушится мотор, отключается зажигание и подача топлива, клапан не меняет положения и остается открытым. При последующем же включении зажигания клапану подается команда на закрытие (мало ли, в каком положении он остался при последнем отключении), и следом же идет команда на открытие клапана на определенную величину, зависящую от внешних условий, которые в данный момент требуются для нормального запуска двигателя.

После того как узел промыли, на игле клапана стал ясно виден след от затертости

Указанный алгоритм необходим для того, чтобы блок управления мог точно отсчитать подъем иглы клапана от закрытого положения строго на заданную величину, обеспечивающую точность дозирования воздуха, подаваемого в цилиндры в момент пуска. Но исследование документации на автомобиль показало, что на нашем автомобиле алгоритм работы клапана был слегка изменен. Вероятно, для облегчения запуска мотора и защиты окружающей среды разработчики-программисты решили добавить в него дополнительный пункт, согласно которому подача команды на закрытие клапана предусматривалась при отключении двигателя. Тогда при запуске достаточно только открыть клапан на заданную величину…

Логика разработчиков понятна – с одной стороны, при выключении двигателя его впускная система полностью разобщается с окружающей средой (экология же!), а с другой – время с момента включения зажигания до момента запуска сокращено вдвое. Ведь игле клапана при запуске нужно проделать только половину пути, поскольку другая половина (на закрытие) уже пройдена заранее при предшествующем выключении. Что тоже экология, без сомнения. Производителю надо всеми силами обеспечивать соответствие автомобиля самым строгим нормам токсичности, и здесь любые меры по уменьшению потерь топлива, будь то ограничение паров, испаряющихся через приоткрытый клапан из впускного коллектора, или сокращение количества оборотов и времени, необходимых для запуска, никогда не будут лишними. Однако именно к такому замечательному экологичному алгоритму у экспертов и возникла масса вопросов.

В два клика…

Что же происходит с клапаном при работе по указанному алгоритму? Чтобы разобраться, вспомним кое-что из физики. Как известно, при работе двигателя все его детали нагреваются. А нагрев деталей всегда приводит к их термическому расширению, невидимому глазом, но вполне конкретному, легко рассчитываемому и измеряемому.

При сопряжении деталей из разнородных металлов конструкторы вынуждены проявлять аккуратность – разница в термическом расширении двух контактирующих деталей может привести к значительному изменению зазоров в их сопряжении, что в зависимости от конкретной конструкции может вызвать как уменьшение, так и увеличение зазора при изменении температуры.

А что в нашем случае? Седло клапана, выполненное в алюминиевом корпусе, при работе двигателя нагревается и расширяется сильнее, чем стальная игла клапана. Кроме того, расстояние в корпусе от места крепления клапана до седла также увеличивается больше, чем расширяется стальная игла. Но это при нагреве. А при остывании выключенного двигателя все происходит наоборот – алюминиевый корпус сжимается сильнее, чем стальная игла. Если клапан не закрыт, игла висит «в воздухе» и не касается седла – проблем нет, поскольку нет самого сопряжения деталей. Так сделано в традиционной конструкции, когда клапан при выключении двигателя не закрывается. То есть, охлаждай детали или нагревай их, ничего не изменится и на работу клапана не повлияет.

А теперь представим, что происходит в нашей машине, где клапан закрывается при выключении зажигания. Очевидно, чем ниже температура, тем сильнее сжимается седло, в котором сидит конус иглы. Помимо этого, сжимается весь корпус, еще крепче вдавливая иглу в седло. И чем ниже температура на улице, тем сильнее. В итоге игла имеет все шансы вообще заклинить в седле и не выйти при запуске. Тогда без «прокачки» газом двигатель не получит воздуха и не запустится.

Форсунки на всякий случай проверили на стенде, но нареканий в их работе — не нашли

Возможно, этот дефект все равно не проявился бы, если бы не было еще нескольких неблагоприятных факторов. Во-первых, был использован клапан холостого хода стандартной конструкции. Когда-то ему сделали конус иглы определенного профиля – с малым углом при вершине. Пока клапан работал по стандартной программе, угол конуса не оказывал никакого влияния на работу. Как только программу изменили и иглу заставили охлаждаться в седле, малый угол конуса стал здорово содействовать заклиниванию.

Однако и это не все – на заклинивание иглы стала влиять точность изготовления деталей, которая раньше большой роли не играла. Например, если бы игла клапана садилась ровно по центру седла, то никакого заклинивания, скорее всего, не произошло. Но игла и седло на нашей машине имели обычную для такого сопряжения несоосность – именно отсюда на игле возникли затертость с одной стороны и нагар с другой. При этом игла натерла и седло, расширив поверхность контакта и еще «улучшив» условия для заклинивания. Возможно, если бы допуски на изготовление деталей были жестче (например, не десятые доли миллиметра, а сотые), то неисправности не возникло бы. Ведь теоретически заклиниванию клапана холостого хода куда больше должны быть подвержены те машины, где несоосность иглы и седла, вполне допустимая при сборке, выше. Поэтому кроме очевидного конструктивного дефекта (измененная программа управления) здесь налицо и производственный, поскольку технология производства и сборки узла перестала соответствовать требованиям его конструкции. В самом деле, кто бы мог знать, что совсем небольшое изменение в программе работы клапана повлечет за собой столько проблем?

Свечи были исправны и имели хорошую искру

Обычно устранять конструктивно-производственные дефекты крайне сложно и вместе с тем очень дорого – это вполне очевидный повод для отзыва из эксплуатации с целью устранения недостатков. Однако выход из ситуации с клапаном холостого хода оказался довольно прост – достаточно лишь так называемой «перепрошивки» блока управления двигателя, что легко выполнить даже в условиях очередного технического обслуживания автомобиля.

Сказано – сделано: на новых партиях своих автомобилей производитель начал использовать программу с измененным алгоритмом управления клапаном холостого хода. А для уже выпущенных автомобилей рекомендовал перепрошивку. Что еще раз подтверждает, что случай наш был не единичный, и конструктивно-производственный дефект действительно имел место.

Ну а что наш герой, о котором мы рассказали выше? Потребовав заменить автомобиль на новый на том основании, что двигатель имеет неустранимый дефект, препятствующий нормальной эксплуатации, он проиграл, поскольку и дефект оказался устранимым, и эксплуатировалась машина непрерывно, лишь изредка напоминая о наличии дефекта запуском не с первой попытки. Однако имел все шансы выиграть – если бы эксперты подошли к делу поверхностно и не смогли найти дефект, а производитель не принял бы мер к его устранению. Но это была бы уже другая история…

Александр Хрулев, канд. техн. наук, директор фирмы «АБ-Инжиниринг»

двигательэкспертиза

Моторист рассказал о том, почему образуются задиры на современных моторах, какие автомобили больше подвержены, и как снизить риск

Моторист рассказал о том, почему образуются задиры на современных моторах, какие автомобили больше подвержены, и как снизить риск

1 Почему появляются задиры
2 С чем связано появление царапин
3 Какие модели автомобилей наиболее проблемные
4 Как снизить риск появления задиров

Многие автолюбители жалуются на то, что моторы последнее время стали не такими долговечными, как раньше. Виною этому стали задиры, которые появляются в цилиндрах двигателей практически всех известных на сегодняшний день брендов.

Почему появляются задиры

Задиры появляются в местах контакта стенок цилиндров с поршнями. На этих поверхностях в процессе эксплуатации и появляются царапины, которые со временем становятся все больше. Из-за этого двигатель начинает работать хуже, появляется стук и увеличивается расход масла. Так почему же происходит данная неприятность? Ведь в старых автомобилях подобного не было.

С чем связано появление царапин

На самом деле, причин этому несколько. Одной из главных является то, что долговечность двигателя не выгодна производителям. Это раньше срок службы являлся показателем качества любой вещи или инструмента. Автомобили не были исключением. Сейчас же все поменялось и производителям выгоднее продавать больше «плохих» двигателей, чем пару качественных.

Именно поэтому работы по снижению риска появления задиров не производятся. В них нет смысла, так как в среднем пробег большинства легковых автомобилей не превышает 300 тысяч км. При этом, почти все современные двигатели не пригодны для проведения капитального ремонта.

Кроме того, появление царапин связано с тем, что производители стараются уменьшить массу машины для увеличения ключевых характеристик. Такие действия затронули и движок: для блока цилиндров используется более тонкий металл, который при нагреве деформируется, а это приводит к быстрому появлению задиров.

Изменения коснулись и самих поршней. Они стали легче и короче. Это привело к тому, что такие поршни могут очень легко перекоситься и на них появятся царапины. На старых узлах такой проблемы не было.

Следующая причина связано с экологией. Дело в том, что сейчас все производители стремятся сделать свою продукцию максимально экологичной. Автомобили не стали исключением. Во всех современных моделях устанавливаются катализаторы, оборудованные клапаном рециркуляции.

Необходим он для следующего: если в процессе эксплуатации температура продуктов сгорания достигает определенной отметки, то в результате образуется оксид азота. Он является самым вредным для окружающей среды. Клапан рециркуляции необходим для того, чтобы вернуть часть отработанных газов назад и снизить их температуру.

Если катализатор новый, то данный процесс никаким образом не может навредить автомобилю. Однако со временем узел разрушается. Все это приводит к тому, что назад уходит не только отработанный газ, но и пыль, образуемая в результате нарушения целостности сот.

В итоге керамические частички оседают на стенках цилиндра. В процессе работы эта пыль становиться виновницей появления царапин. Понять, что появилась такая проблема можно по увеличившемуся расходу масла.

Какие модели автомобилей наиболее проблемные

По последним наблюдениям стало видно, что быстрее всего задиры появляются на моторах корейкой или немецкой сборки. Худшими в этом плане можно назвать Киа, Хендай, БМВ, Фольцсваген.

Следующими идут японские двигатели. Конечно, они более надежные, но после 200 тысяч пробега могут возникнуть проблемы и с ними. Однако здесь причиной появления задиров является перегрев двигателя, связанный чаще всего с низким уровнем масла. Поэтому достаточно просто регулярно проверять свой автомобиль, чтобы силовой агрегат прослужил как можно дольше.

Как снизить риск появления задиров

Достаточно следовать основным рекомендациям:

Постоянно следить за своим транспортным средством и регулярно проводить ТО.
Рекомендуется менять масло через каждые 7-8 тысяч км пробега.
Использовать только качественное топливо.
Вовремя менять старый катализатор на новый.

Если деньги на замену тратить жалко, то можно просто заглушить клапан или полностью вырезать катализатор. Конечно, этот вариант подойдет в том случае, если вас устраивает то, что большинство вредных выбросов будет выходить в окружающую среду.

Есть, что добавить? Пишите в комментариях, возможно это очень поможет читателям в будущем. Так же подписывайтесь на наш канал в ДЗЕНЕ.

Поделиться с друзьями:

Все о двигателях | Конструкция машин

На первый взгляд двигатели кажутся сложными машинами, и это действительно так. Но принцип действия, электромагнетизм, относительно прост, его понимают даже старшеклассники. Помимо различий, сегодняшние различные моторные технологии по сути очень похожи и вполне понятны.

Происхождение первых двигателей — машин, преобразующих электрическую энергию в механическую — можно проследить до конструкций, придуманных Майклом Фарадеем. В 1831 году Фарадей сформулировал основные понятия об электромагнитной индукции, отметив, что проводник с током в магнитном поле воспринимает силу, пропорциональную напряженности поля и проходящего через него тока.

Конструкция электродвигателя как тогда, так и сейчас основана на размещении проводников в магнитном поле. Проводники, разумеется, имеют форму обмоток с множеством витков провода, каждый из которых вносит свой вклад в интенсивность электромагнитного воздействия. Чем больше ток, указал Фарадей, тем больше силы (крутящего момента) можно ожидать. Таким образом, движение, конечная цель, является результатом двух магнитных полей (одно на роторе, другое на статоре), притягивающих друг друга. Эта концепция лежит в основе всех конструкций двигателей постоянного и переменного тока и является отправной точкой для современной техники движения.

Азбука переменного тока

Двигатели переменного тока (переменного тока) являются наиболее широко используемыми двигателями в мире. По сути, это устройства с постоянной скоростью, что определяется количеством магнитных полюсов и входной частотой. Вообще есть два типа двигателей переменного тока — асинхронные и синхронные.

Асинхронные двигатели можно рассматривать как тип трансформатора, первичная обмотка которого соответствует статору, а вторичная — ротору. Приложение напряжения к «первичке» делает две вещи: оно пропускает ток через статор, индуцируя ток в роторе. Другими словами, он создает магнитное поле в статоре, индуцируя второе поле в роторе. Взаимодействие этих двух полей заставляет ротор двигаться.

Скорость магнитного поля вокруг статора определяет скорость ротора. Ротор будет пытаться следовать за полем статора, но будет «скользить», особенно при приложении нагрузки. Поэтому асинхронные двигатели всегда работают медленнее, чем вращающееся поле статора.

Статор асинхронного двигателя состоит из стальных пластин и витков медной проволоки. Ротор, с другой стороны, обычно изготавливается из сложенных друг на друга пластин с большими пазами по периферии. В роторе с «беличьей клеткой» пазы заполнены медными или алюминиевыми стержнями, закороченными токопроводящими торцевыми крышками. Эта «цельная» отливка обычно включает встроенные лопасти вентилятора для циркуляции воздуха для охлаждения.

Стандартные асинхронные двигатели работают с «постоянной» скоростью, определяемой стандартной частотой сети. Однако есть способы контролировать скорость. Приводы на основе микропроцессора, использующие технологию векторного управления, например, манипулируют величиной магнитного потока в полях ротора и статора, достигая своего рода отклика с переменным скольжением. При наличии соответствующего датчика обратной связи этот метод управления применим даже в приложениях позиционирования.

Хотя об очень требовательных задачах, таких как быстрое старт-стоп позиционирование, не может быть и речи, тем не менее, некоторые приложения индексации выполнимы. Однако ограничивающим фактором является тепло. По мере того, как размер двигателя увеличивается, чтобы контролировать температуру — более крупные двигатели лучше охлаждаются — отношение крутящего момента к инерции становится непомерно высоким для скорости.

Преимущества асинхронных двигателей хорошо известны, в том числе низкая начальная стоимость, наличие стандартных размеров, надежность, бесшумная работа без вибраций.

Синхронные двигатели аналогичны асинхронным двигателям, отличаясь в основном конструкцией ротора. Роторы предназначены для вращения с той же скоростью, что и поле статора, отсюда и название «синхронный». В основном существует два типа синхронных двигателей: с самовозбуждением (например, асинхронные двигатели) и с прямым возбуждением с использованием постоянных магнитов.

Синхронные двигатели с самовозбуждением (иногда называемые реактивными синхронными двигателями) используют ротор с насечками или зубьями на периферии. Количество пазов соответствует количеству полюсов статора. Часто выемки или зубцы называют «выступающими полюсами», отражая тот факт, что они создают легкий путь, почти ручку, для поля магнитного потока, тем самым позволяя ротору блокироваться и вращаться с той же скоростью, что и вращающееся поле.

Синхронные двигатели с прямым возбуждением (иногда называемые гистерезисными синхронными двигателями или синхронными двигателями переменного тока с постоянными магнитами) используют ротор из сплава с постоянными магнитами. Постоянные полюса, по сути, являются «выступающими полюсами» и, следовательно, предотвращают скольжение.

Продолжить на стр. 2

Важным фактором для синхронных двигателей является «угол сцепления», небольшое расстояние, на которое ротор отстает от поля статора. Этот угол увеличивается с нагрузкой, и если нагрузка выходит за пределы возможностей двигателя, ротор застревает, в конечном итоге выходя из синхронизма.

Синхронные двигатели, как правило, работают в разомкнутом контуре, обеспечивая абсолютную постоянную скорость для заданной нагрузки в пределах угла сцепления или «вытягивающего» крутящего момента. Однако двигатели не запускаются самостоятельно, для них требуются конденсаторные или пусковые обмотки с расщеплением фаз (или специальные средства управления), которые постепенно увеличивают частоту и напряжение, чтобы заставить ротор двигаться.

Синхронные двигатели могут использоваться для управления скоростью с добавлением устройства обратной связи. Они также обеспечивают борьбу с переносчиками. В целом, однако, ротор больше, чем у эквивалентного серводвигателя, что означает более медленную реакцию для увеличивающихся приложений.

Типы двигателей постоянного тока

Существует много типов двигателей постоянного тока — щеточные и бесщеточные, шаговые, с параллельным и последовательным возбуждением, — но все они имеют одну общую черту: простое управление скоростью. Это делает их естественным образом подходящими для сервоприводов позиционирования и управления скоростью.

Двигатели с параллельным возбуждением имеют параллельные обмотки ротора и статора. Статор может быть подключен к тому же источнику питания, что и ротор, или может возбуждаться отдельно. При раздельном питании напряжение ротора можно изменять относительно постоянного напряжения статора для регулировки скорости.

Параллельное или шунтовое соединение между ротором и статором обеспечивает относительно плоскую кривую скорость-момент с хорошей регулировкой скорости в широком диапазоне нагрузок. Однако из-за размагничивания двигателям постоянного тока с параллельной обмоткой не хватает пускового момента по сравнению с другими типами обмотки постоянного тока.

Двигатели с последовательным возбуждением обмотки ротора и статора расположены последовательно. Это создает два сильных поля, создающих высокий пусковой крутящий момент. Типичные области применения включают краны и подъемники; приложения, которых следует избегать, — это те, в которых двигатель может потерять нагрузку и «убежать».

Двигатели с компаундной обмоткой , напротив, используют как параллельное, так и последовательное соединение. Соотношение между полями ротора и статора определяет форму кривой скорость-момент. Как правило, небольшие составные двигатели имеют сильное шунтирующее поле и слабое последовательное поле, что приводит к высокому пусковому моменту и относительно плоской реакции скорости на крутящий момент. Реверсивные приложения несколько непрактичны, потому что необходимо переключать полярность обеих обмоток, что требует больших силовых цепей.

Займитесь позиционированием

Для позиционирования требуются специальные двигатели. Шаговый двигатель, вектор переменного тока, сервопривод постоянного тока и бесщеточный двигатель постоянного и переменного тока являются одними из наиболее распространенных вариантов.

Шаговые двигатели — это электромеханические устройства, которые преобразуют цифровые входы (с помощью контроллера) в аналоговые движения. Хотя существует много типов — с электромагнитным управлением, с переменным магнитным сопротивлением, с постоянным магнитом и с синхронной индукцией — все они имеют фиксированные угловые приращения при подаче питания запрограммированным образом. Другими словами, вместо непрерывного движения шаговый двигатель обеспечивает серию дискретных угловых движений одинаковой величины.

Шаговые двигатели особенно хорошо подходят для приложений, в которых управляющие сигналы представляют собой последовательности импульсов. Один импульс заставляет двигатель увеличивать один угол движения; десять импульсов соответствуют десяти приращениям и так далее.

В большинстве шаговых двигателей используется разомкнутый контур, который, к сожалению, вызывает колебания. Для лечения обычно требуется сложная схема «замыкания петли» или устройство обратной связи. Даже при этом мощность шаговых двигателей ограничена примерно 1 л.с. и 2000 об/мин.

Работу разомкнутой системы лучше всего проиллюстрировать на примере. Предположим, что шаговый двигатель используется в приложении для сортировки контейнеров. Все происходит так, как ожидалось, пока двигатель может отщелкивать одно приращение за импульс. Но если механизм заедает и шаговый двигатель не может двигаться, контроллер может не знать о проблеме и будет продолжать посылать импульсы, которые по сути игнорируются. Нетрудно представить, что в конечном итоге, если система потеряет слишком много шагов, она может поместить в одну корзину предметы, которые на самом деле предназначены для другой.

Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами (PMDC) являются популярным выбором для инкрементных (пуск-стоп) приложений. И с соответствующей обратной связью они весьма эффективны в сервоуправлении с обратной связью.

Магнитный двигатель двигателя постоянного тока с постоянными магнитами состоит из поля статора, исходящего от постоянных магнитов, и поля ротора, индуцированного током, проходящим через коммутатор или схему переключения в узел ротора. Поле статора неподвижно, а поле ротора движется. Каждый раз, когда два поля почти выровнены, коммутатор переключает ток ротора. Пока поле ротора не сравняется с полем статора, ротор будет двигаться. Скорость вращения, насколько быстро вращается ротор, зависит от силы поля ротора; чем больше напряжение, тем быстрее вращается ротор.

Продолжить на стр. 3

Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами имеют линейные характеристики скорость-момент с относительно высоким пусковым (ускоряющим) крутящим моментом. Линейность обязана постоянным магнитам; моментообразующий поток в поле статора остается постоянным на всех скоростях. Двигатели PMDC, рассчитанные на фунт за фунт, довольно мощные и подходят для приложений быстрого позиционирования.

Бесщеточные сервоприводы могут работать от постоянного или переменного тока в зависимости от устройства обратной связи и схемы управления. Например, с датчиками Холла трехфазный бесщеточный двигатель обычно одновременно возбуждает две из трех обмоток двигателя. Чтобы совершить один механический оборот, контроллер должен пройти через шесть секций коммутации, подавая на каждую постоянную нагрузку. Величина постоянного тока прямо пропорциональна рабочей скорости, отсюда и термин «бесщеточный двигатель постоянного тока».

Обратная связь энкодера используется в приложениях, которым требуются данные о положении. Некоторые энкодеры доступны с выходами Холла, которые используются для коммутации.

Обратная связь резольвера также предоставляет данные о положении, но метод управления другой. Здесь к обмоткам двигателя применяется синусоидальная форма волны, что приводит к появлению термина «бесщеточный двигатель переменного тока». Преимущество перед бесщеточным двигателем постоянного тока заключается в том, что при том же крутящем моменте бесщеточный двигатель переменного тока будет потреблять меньший ток. Таким образом, контроллер имеет тенденцию быть меньше и дешевле. Этого следует ожидать, когда трехфазная обмотка питается трехфазным синусоидальным током.

Бесколлекторные двигатели быстрые, производят большой крутящий момент при небольшом размере и имеют малую инерцию, что обеспечивает более быстрое ускорение. Они также хороши на низких скоростях (вплоть до нулевой скорости) и обеспечивают длительный и надежный срок службы без обслуживания в требовательных приложениях.

Джон Мазуркевич — директор по разработке двигателей Baldor Electric Co., Ft. Smith, Ark.

Связанные статьи

Электромагнитные муфты
С учетом электромагнитных задержек

Двигатели и правильный выбор

Введение

В любой момент вы находитесь рядом с одним или двумя типами двигателей. От вибромотора в вашем мобильном телефоне до вентиляторов и CD-привода в вашей любимой игровой системе моторы окружают нас повсюду. Моторы позволяют нашим устройствам взаимодействовать с нами и окружающей средой. При множестве применений двигателей их конструкция и работа могут различаться.

Чему вы научитесь

В этом руководстве мы рассмотрим некоторые из этих основных типов двигателей и их применение:

Щеточные двигатели постоянного тока
Бесщеточные двигатели
Шаговые двигатели
Линейные двигатели

Что заставляет двигатель двигаться?

Самый расплывчатый и простой ответ — магнетизм! Хорошо, теперь давайте превратим эту простую силу в суперкар!

Для простоты нам нужно взглянуть на некоторые концепции через призму мысленного эксперимента. Будут допущены некоторые вольности, но если вы хотите углубиться в детали, вы можете проконсультироваться с доктором Гриффитсом. Для нашего мысленного эксперимента мы установим, что магнитное поле создается движущимся электроном 9. 0142 т.е. текущий . Хотя это создает классическую модель, которую мы можем использовать, все ломается, когда мы достигаем атомного уровня. Чтобы лучше понять атомный уровень магнетизма, Гриффитс объясняет это в другой книге…

Электромагнетизм

Чтобы создать магнит или магнитное поле, нам нужно посмотреть, как они генерируются. Связь между током и магнитным полем подчиняется правилу правой руки. Когда ток проходит через провод, вокруг провода формируется магнитное поле в направлении ваших пальцев, когда они обвивают его. Это упрощение закона силы Ампера, поскольку он действует на провод с током. Теперь, если вы поместите тот же самый провод в ранее существовавшее магнитное поле, вы можете создать силу. Эта сила называется силой Лоренца.

Правило правой руки показывает направление магнитного поля относительно пути тока.

(Фото: HyperPhysics)

Если ток увеличивается, сила магнитного поля увеличивается. Хотя, чтобы сделать что-то полезное с полем, потребовалось бы невероятное количество тока. Кроме того, провод, передающий ток, будет иметь такую же магнитную силу, что создаст неконтролируемые поля. Согнув проволоку в петлю, можно создать направленное и концентрированное поле.

Поле не изменилось. Изгибая провод в петлю, направления поля просто выравниваются.

(Источник: HyperPhysics)

Электромагниты

Закручивая провод и пропуская ток, создается электромагнит. Если одна проволочная петля может концентрировать поле, что можно сделать с большим количеством? Как насчет еще нескольких сотен ! Чем больше петель вы добавляете в цепь, тем сильнее становится поле для данного тока. Если это так, почему мы не видим тысяч **, если не **миллионов , обмоток двигателей и электромагнитов? Ну, чем длиннее провод, тем выше его сопротивление. Закон Ома (V = I*R) гласит, что для поддержания того же тока при увеличении сопротивления напряжение должно увеличиваться. В некоторых случаях имеет смысл использовать более высокие напряжения; в других случаях некоторые используют провод большего размера с меньшим сопротивлением. Использование проволоки большего диаметра обходится дороже и, как правило, с ней труднее работать. Эти факторы необходимо учитывать при проектировании двигателя.

Электромагнит под напряжением, создающий магнитное поле.

(Фото: HyperPhysics)

Время эксперимента

Чтобы создать свой собственный электромагнит, просто найдите болт (или другой круглый стальной предмет), магнитную проволоку (размер 30-22 отлично подойдет) и батарею.

Примечание. Литиевые батареи НЕ рекомендуются для этого эксперимента.

Оберните 75-100 витков проволоки вокруг стали. Использование стального центра дополнительно концентрирует магнитное поле, увеличивая его эффективную силу. Мы рассмотрим, почему это происходит, в следующем разделе.

Немного термоусадочной пленки или ленты может помочь удержать катушки в стальном центре.

Теперь с помощью наждачной бумаги удалите изоляцию с концов проводов и подключите каждый провод к каждой клемме аккумулятора. Поздравляем! Вы построили первый компонент двигателя! Чтобы проверить силу электромагнита, попробуйте взять скрепки или другие мелкие стальные предметы.

Это не магия, это НАУКА!!!

Ферромагнетизм

Возвращаясь к началу нашего мысленного эксперимента, магнитные поля могут создаваться только током. Принимая определение тока как потока электронов, электроны, вращающиеся вокруг атома, должны создавать ток и, следовательно, магнитное поле! Если в каждом атоме есть электроны, все ли магнитное? ДА! Вся материя, включая лягушек, может проявлять магнитные свойства, если ей придается достаточно энергии. Но не весь магнетизм создается одинаково. Причина, по которой я могу поднимать винты магнитом холодильника, а не лягушкой, заключается в разнице между ферромагнетизмом и парамагнетизмом. Способ различить два (и еще несколько типов) — это изучение квантовой механики.

В центре нашего внимания будет ферромагнетизм, так как это сильнейшее явление, с которым у нас больше всего опыта. Кроме того, чтобы избавить нас от необходимости понимать это на квантовом уровне, мы примем, что атомы ферромагнитных материалов имеют тенденцию выравнивать свои магнитные поля со своими соседями. Хотя они имеют тенденцию к выравниванию, несоответствия материалов и другие факторы, такие как кристаллическая структура, создают магнитные домены.

Когда магнитные домены выстраиваются в случайном порядке, соседние поля компенсируют друг друга, что приводит к ненамагничиванию материала. Однажды при наличии сильного внешнего поля можно перенастроить эти домены. При выравнивании этих доменов общее поле усиливается, создавая магнит!

(Фото: HyperPhysics)

Эта перестройка может быть постоянной в зависимости от силы поля. Это здорово, потому что они понадобятся нам в следующем разделе.

Постоянные магниты

Постоянные магниты ведут себя так же, как электромагниты. Единственная разница в том, что они постоянны.

На всех рисунках стрелки будут указывать от северного полюса к южному полюсу. Другое соглашение состоит в том, чтобы использовать красный цвет для обозначения севера и синий цвет для обозначения юга. Чтобы определить полярность магнитов, вы можете использовать компас. Поскольку противоположности притягиваются, стрелка будет указывать на север к южному полюсу магнита.

Вы можете провести тот же эксперимент с электромагнитом, чтобы определить полярность.

Если вы измените направление тока, вы увидите, как электромагнит может поменять местами полюса.

Это ключевой принцип создания двигателей! Теперь давайте посмотрим на различные двигатели и на то, как в них используются магниты и электромагниты.

Щеточные двигатели постоянного тока — классический вариант

Щеточный двигатель постоянного тока — один из самых простых используемых сегодня двигателей. Вы можете найти эти двигатели почти везде. Они есть в бытовой технике, игрушках и автомобилях. Будучи простыми в конструкции и управлении, эти двигатели являются идеальным решением как для профессионалов, так и для любителей.

Устройство щеточного мотора

Чтобы лучше понять, как он работает, давайте начнем с разборки простого мотора для хобби. Как видите, они просты по конструкции и состоят из нескольких ключевых компонентов.

Щетки — Передают питание от контактов к якорю через коммутатор
Контакты — Подводит питание от контроллера к щеткам
Коммутатор — подает питание на соответствующий набор обмоток при вращении якоря
Обмотки — преобразуют электричество в магнитное поле, которое приводит в движение ось
Ось — передает механическую мощность двигателя в пользовательское приложение
Магниты — создают магнитное поле для притяжения и отталкивания обмоток
Втулка — минимизирует трение оси
Банка — обеспечивает механический кожух для двигателя

Принцип работы

Когда обмотки находятся под напряжением, они притягиваются к магнитам, расположенным вокруг двигателя. Это вращает двигатель до тех пор, пока щетки не соприкоснутся с новым набором контактов коммутатора. Этот новый контакт подает питание на новый набор обмоток и снова запускает процесс. Чтобы изменить направление вращения двигателя, просто поменяйте полярность на контактах двигателя. Искры внутри электродвигателя щетки возникают из-за того, что щетка перескакивает на следующий контакт. Каждый провод катушки подключается к двум ближайшим контактам коммутатора.

Нечетное число обмоток всегда используется для предотвращения блокировки двигателя в установившемся режиме. В более крупных двигателях также используется больше наборов обмоток, чтобы устранить «зубчатость», что обеспечивает плавное управление при низких оборотах в минуту (об/мин). Зубчатое зацепление можно продемонстрировать, вращая ось двигателя вручную. Вы почувствуете «удары» в движении, где магниты находятся ближе всего к открытому статору. Зазубренность можно устранить с помощью нескольких конструктивных приемов, но наиболее распространенным является полное удаление статора. Эти типы двигателей называются двигателями без железа или без сердечника.

Профи

Простота управления
Отличный крутящий момент при низких оборотах
Недорогой и массовый

Минусы

Щетки со временем изнашиваются
Дуговой разряд от щеток может генерировать электромагнитный шум
Обычно скорость ограничена из-за нагрева щеток

Бесщеточные двигатели — БОЛЬШЕ МОЩНОСТИ!

Бесщеточные двигатели берут верх! Хорошо, возможно, это было преувеличением. Тем не менее, бесщеточные двигатели начали доминировать на рынках хобби между самолетами и наземными транспортными средствами. Управление этими двигателями было проблемой до тех пор, пока микроконтроллеры не стали дешевыми и достаточно мощными, чтобы справляться с этой задачей. Все еще ведется работа по разработке более быстрых и эффективных контроллеров, чтобы раскрыть их удивительный потенциал. Без щеток, которые могут выйти из строя, эти двигатели обеспечивают большую мощность и могут работать бесшумно. Большинство высокотехнологичных приборов и транспортных средств переходят на бесщеточные системы. Одним из ярких примеров является Tesla Model S. 9.0003

Анатомия бесщеточного двигателя

Чтобы лучше понять, как он работает, давайте начнем с разборки простого бесщеточного двигателя. Они обычно встречаются на самолетах и вертолетах с дистанционным управлением.

Обмотки — преобразуют электричество в магнитное поле, которое приводит в движение ротор
Контакты — Подводит питание от контроллера к обмоткам
Подшипники — минимизирует трение оси
Магниты — создают магнитное поле для притяжения и отталкивания обмоток
Ось — передает механическую мощность двигателя в пользовательское приложение

Принцип работы

Механизм бесщеточного двигателя невероятно прост. Единственной движущейся частью является ротор, который содержит магниты. Там, где все усложняется, это оркестровка последовательности запитывающих обмоток. Полярность каждой обмотки регулируется направлением тока. Анимация демонстрирует простой шаблон, которому будут следовать контроллеры. Переменный ток меняет полярность, придавая каждой обмотке эффект «тяни-толкай». Хитрость заключается в том, чтобы синхронизировать эту схему со скоростью ротора. Это можно сделать двумя (широко используемыми) способами. Большинство контроллеров для хобби измеряют напряжение, создаваемое (обратные электромагнитные помехи) на обесточенной обмотке. Этот метод очень надежен при работе на высоких скоростях. По мере того, как двигатель вращается медленнее, возникающее напряжение становится труднее измерить, и возникает больше ошибок. В более новых контроллерах для хобби и во многих промышленных контроллерах используются датчики на эффекте Холла для непосредственного измерения положения магнитов. Это основной метод управления компьютерными вентиляторами.

Профи

Надежный
Высокая скорость
Эффективный
Массовое производство, легко найти

Минусы

Трудно управлять без специального контроллера
Требуются низкие пусковые нагрузки
Как правило, для привода требуются специальные редукторы

Шаговые двигатели — простая точность

Шаговые двигатели отлично подходят для управления положением. Их можно найти в настольных принтерах, плоттерах, 3D-принтерах, фрезерных станках с ЧПУ и во всем, что требует точного контроля положения. Шаговые двигатели — это особый сегмент бесколлекторных двигателей. Они специально созданы для высокого удерживающего крутящего момента. Этот высокий удерживающий момент дает пользователю возможность постепенно «шагать» к следующему положению. В результате получается простая система позиционирования, не требующая энкодера. Это делает контроллеры шаговых двигателей очень простыми в сборке и использовании.

Анатомия шагового двигателя

Чтобы лучше понять, как он работает, давайте начнем с разборки простого шагового двигателя. Как видите, эти двигатели созданы для нагрузок с прямым приводом и содержат несколько ключевых компонентов.

Ось — передает механическую мощность двигателя в пользовательское приложение
Подшипники — минимизирует трение оси
Магниты — создают магнитное поле для притяжения и отталкивания обмоток
Полюсов — Увеличивает разрешение ступенчатого расстояния за счет фокусировки магнитного поля
Обмотки — преобразуют электричество в магнитное поле, которое приводит в движение ось
Контакты — Подводит питание от контроллера к обмоткам

Теория работы

(Источник: PCB Heaven)

Шаговые двигатели ведут себя точно так же, как и бесщеточные двигатели, только размер шага намного меньше. Единственной движущейся частью является ротор, который содержит магниты. Там, где все усложняется, это оркестровка последовательности запитывающих обмоток. Полярность каждой обмотки регулируется направлением тока. Анимация демонстрирует простой шаблон, которому будут следовать контроллеры. Переменный ток меняет полярность, придавая каждой обмотке эффект «тяни-толкай». Заметная разница заключается в том, как отличается магнитная структура шагового двигателя. Трудно заставить массив магнитов хорошо себя вести в небольшом масштабе. Это также очень дорого. Чтобы обойти это, в большинстве шаговых двигателей используется метод сложенных пластин, чтобы направить магнитные полюса в «зубья».

В бесщеточном двигателе обратная ЭДС используется для измерения скорости. Шаговый двигатель полагается на короткий ход каждой обмотки, чтобы «гарантировать» достижение желаемого момента времени. При движении на высокой скорости это может привести к остановке, когда ротор не успевает за последовательностью. Есть способы обойти это, но они основаны на более глубоком понимании взаимосвязи между обмотками двигателя и индуктивностью.

Профи

Превосходная точность позиционирования
Высокий удерживающий момент
Высокая надежность
Большинство степперов имеют стандартные размеры

Минусы

Малый шаг ограничивает максимальную скорость
Можно «пропускать» шаги при больших нагрузках
Постоянно потребляет максимальный ток

Линейные двигатели — Будущее!!!

Будущее линейно! В высокоскоростных машинах для захвата и размещения скорость решает все. Со скоростью приходит трение, с трением приходит обслуживание, с обслуживанием приходит время простоя, с временем простоя приходит потеря производительности. Благодаря удалению компонентов, необходимых для преобразования вращательного движения в поступательное, система становится намного легче и эффективнее. Линейные двигатели просты в обслуживании и невероятно надежны, поскольку имеют только одну движущуюся часть. Я упоминал, что они невероятно быстрые?! Это машина захвата и размещения, которую мы используем в производстве, и она невероятно быстра! Эта машина тоже обладает таким ударом, на ней есть предупреждение для кардиостимуляторов. Есть целый ряд мощных редкоземельных магнитов.

Анатомия линейного двигателя

Чтобы лучше понять, как он работает, давайте заглянем внутрь нашей машины и разместим ее внизу.

Модуль движения — содержит электромагниты и контроллер.
Магниты — Создают магнитное поле для катушек, чтобы притягивать и отталкивать
Линейный подшипник — удерживает двигатель на одной линии с магнитами и является единственной движущейся частью.

Принцип действия

Механизм линейного двигателя почти идентичен бесщеточному двигателю. Единственная разница в том, что если вы возьмете бесколлекторный двигатель и развернете его в виде прямой линии, у вас будет линейный двигатель. Модуль движения является единственной движущейся частью. Все усложняется в организации последовательности возбуждающих катушек. Полярность каждой катушки регулируется направлением тока. Анимация демонстрирует простой шаблон, которому будут следовать контроллеры. Переменный ток меняет полярность, придавая каждой катушке эффект «тяни-толкай». В линейном двигателе обычно есть энкодер или какая-либо усовершенствованная система позиционирования для отслеживания местоположения модуля движения. Для достижения высокой точности позиционирования контроллеры намного сложнее, чем в обычной системе. Микрошаг — это метод «дросселирования» магнитов для обеспечения плавного и точного движения. Однако для этого линейным двигателям требуется узкоспециализированный контроллер, настроенный для каждого двигателя. По мере совершенствования технологии контроллеров мы, вероятно, увидим снижение цен на эти двигатели. Возможно, когда-нибудь наши 3D-принтеры будут печатать за секунды, а не за часы!

Профи

Надежный
Высокая скорость
Эффективный
Преобразование вращения в линейное не требуется

Минусы

Дорого
Требуются специальные контроллеры
Предназначен для каждой системы
Я упоминал дорого?

Ресурсы и дальнейшее развитие

Итак, мы рассмотрели несколько различных типов двигателей и способы их использования. Выбор двигателя потребует от вас сначала определить требования к применению. С учетом этих требований вы можете посмотреть на сильные и слабые стороны каждого типа двигателя. Но что еще более важно, ищите рейтинги на каждом двигателе. Каждый двигатель будет иметь значения для входной мощности и выходной мощности. Вы можете рассчитать требования к нагрузке системы, но иногда достаточно просто попробовать! Чтобы получить преимущество при интеграции двигателей, просмотрите некоторые из этих страниц:

Передаточные числа
Подшипники
Цепные приводы
Широтно-импульсная модуляция
Н-образные мосты для управления двигателем
Краткое руководство Ardumoto

И, наконец, это прекрасное место, где можно узнать обо всем, что связано с физикой.

Гиперфизика

Все о двигателях: Рон Михаэлис: Твердый переплет: 9781401880385: Книги Пауэлла

Синопсисы и обзоры

Практическое сочетание теории, диаграмм, графиков, рисунков и фотографий, объединенных в этой книге, поможет читателям получить полное представление обо всех типы электродвигателей, генераторов и генераторов переменного тока. All About Motors всесторонне исследует такие понятия, как магнитная и индуктивная теория, характеристики различных типов двигателей и регулирование скорости двигателей переменного и постоянного тока, которые обеспечивают необходимую основу для полного понимания вращающегося оборудования. Основные концепции вращения умело применяются к сложным теориям фазовых углов ротора и их влиянию на крутящий момент, поэтому технические специалисты изучают эффективные методы обслуживания и устранения неполадок, а также работу двигателя. Полученные знания дадут студентам основу для развития в подмастерьев, на которых можно рассчитывать, чтобы успешно справиться со всеми аспектами электротехнической промышленности.

Об авторе

NJATC разрабатывает и стандартизирует обучение для Национальной ассоциации подрядчиков по электротехнике и Международного братства электриков, которое представляет более 780 000 членов, работающих в самых разных областях по всей Северной Америке.

Содержание

ГЛАВА 1- Правила, глоссарий и формулы: 1. 1 Электрические правила, 1.2 Глоссарий электрических терминов, 1.3 Формулы. ГЛАВА 2. Магнетизм, электромагнетизм и индукция (базовая, само- и взаимная): 2.1 Магнетизм, 2.2 Электромагнетизм, 2.3 Индукция. ГЛАВА 3- Генераторы переменного тока: 3.1 Введение, 3.2 Конструкция статора, 3.3 Конструкция ротора, 3.4 Типы генераторов переменного тока, 3.5 Теория работы, 3.6 Определение частоты генератора переменного тока, 3.7 Оценка генераторов переменного тока, 3.8 Выходное напряжение генераторов переменного тока, 3.9Сопротивление, реактивное сопротивление и реакция генераторов переменного тока, 3.10 Параллельные генераторы переменного тока, 3.11 Разделение нагрузки, 3.12 Отключение одного блока. ГЛАВА 4. Вращающееся поле в многофазном двигателе: 4.1 Происхождение вращающегося поля, 4.2 Влияние полюсов генератора на скорость двигателя, 4.3 Частота и ее влияние на вращение, 4.4 Вращение в двухполюсном треугольнике, 4.5 Вращение в двухполюсном Пол Уай. ГЛАВА 5- Многофазные двигатели: 5.1 Чтение паспортной таблички многофазного двигателя, 5. 2 Конструкция статора, 5.3 Конструкция ротора, 5.4 Обмотки статора в соединении звездой, 5.5 Обмотки статора в соединении треугольником, 5.6 Двигатели других производителей: Delta-Low и соединения звезда-высокая, 5,7 Двигатели США на 50 Гц, 5,8 Многофазные двигатели ACA или двигатели с параллельным коммутатором, 5,9Классификация двигателей по конструкции ротора, 5.10 Эффективность многофазных двигателей, 5.11 Коэффициент мощности многофазных двигателей, 5.12 Потери двигателя, 5.13 Рабочие характеристики многофазных двигателей, 5.14 Многофазные двигатели с последовательным полюсом, 5.15 Многоскоростные многофазные двигатели, 5.16 Стандарты Nema ГЛАВА 6: Обмотка -Роторные двигатели, 6.1 Конструкция статора, 6.2 Скорость двигателя с фазным ротором (статора), 6.3 Применение, 6.4 Конструкция ротора, 6.5 Рабочие характеристики, 6.6 Токи статора с заторможенным ротором, 6.7 Мониторинг токов ротора, 6.8 Крутящий момент WRM, 6,9Регулятор скорости WRM, 6.10 Эффективность WRM, 6.11 Пускатели WRM с пневмовременным управлением ускорением, 6. 12 Пускатели WRM с компенсационным управлением ускорением, 6.13 Регуляторы WRM. ГЛАВА 7- Синхронные двигатели: 7.1 Конструкция статора, 7.2 Конструкция ротора, 7.3 Пуск при пониженном напряжении (статор), 7.4 Применение, 7.5 Пуск синхронного двигателя, 7.6 Реле поляризованной частоты, 7.7 Реле асинхронности , 7.8 Генератор возбудителя, 7.9 Амперметр переменного тока, 7.10 Амперметр постоянного тока, 7.11 Рабочие характеристики, 7.12 Коррекция коэффициента мощности с использованием синхронного двигателя, 7.13- Бесщеточный синхронный двигатель. ГЛАВА 8- Переменное поле в однофазном двигателе: 8.1 Переменное поле в однофазном двигателе, 8.2 Фазовый сдвиг в однофазном двигателе, 8.3 Размещение фазового сдвига (пусковой обмотки) в статоре 8.4 Рабочие характеристики, 8.5 Добавление емкости: ее влияние на фазовый сдвиг, 8.6 Реверсирование фазового сдвига в однофазном двигателе, 8.7 Вращение полей в однофазном двигателе. ГЛАВА 9- Однофазные двигатели: 9.1 Конструкция статора, 9.2 Конструкция ротора, 9. 3 Двухфазные двигатели, 9.4 Многоскоростные двухфазные двигатели, 9.5 Двигатели с конденсаторным пуском, 9.6 Многоскоростные двигатели с конденсаторным пуском, 9.7 Конденсаторный пуск, конденсатор -Run Motors, 9.8 Двигатели с разделенными конденсаторами постоянного действия, 9.9 Многоскоростные двигатели с разделенными конденсаторами постоянного действия, 9.10 Двигатели с экранированными полюсами, 9.11 Двигатели отталкивающего типа. ГЛАВА 10- Двигатели постоянного тока: 10.1 Введение в двигатели постоянного тока, 10.2 Противодействие электродвижущей силе, 10.3 Динамическое торможение, 10.4 Крутящий момент двигателя постоянного тока, 10,5 об/мин в двигателе постоянного тока, 10.6 Регулирование скорости в двигателях постоянного тока, 10.7 Реакция якоря, 10.8 Двигатель постоянного тока Сборка, 10.9Коммутатор, 10.10 Типы щеток, 10.11 Коммутация, 10.12 Промежуточные полюса, 10.13 Компенсационные обмотки, 10.14 Установка нейтрального положения щеток, 10.15 Типы обмоток якоря, 10.16 Серия двигателей постоянного тока, 10. 17 Шунтирующие двигатели постоянного тока, 10.18 Составные двигатели постоянного тока. ГЛАВА 11- Генераторы постоянного тока 11.1 Знакомство с генераторами постоянного тока, 11.2 Конструкция генератора, 11.3 Сравнение генератора и двигателя, 11.4 Щетки в генераторе, 11.5 Коллектор, 11.6 Коммутация, 11.7 Межполюсники в генераторе, 11.8 Установка нейтрального положения щеток в Генераторе, 11.9Электродвижущая сила в генераторе, 11.10 Регулирование напряжения в генераторе постоянного тока, 11.11 Последовательный генератор постоянного тока, 11.12 Шунтовой генератор постоянного тока, 11.13 Комбинированный генератор постоянного тока. ГЛАВА 12- Пуск и торможение двигателей, 12.1 Пуск через линию, 12.2 Пуск при пониженном напряжении, 12.3 Пуск по схеме «звезда», двигатель, работающий по схеме «треугольник», 12.4 Пуск при пониженном напряжении с помощью автотрансформатора, 12.5 Пуск при пониженном напряжении с помощью импеданса (реактора), 12.6 Пуск с первичным сопротивлением, 12.7 Динамическое торможение, 12. 8 Механическое торможение. ГЛАВА 13. Принципы электронного регулирования скорости, 13.1 Обзор приводов с регулируемой скоростью, 13.2 Рабочая скорость двигателя, 13.3 Методы управления скоростью, 13.4 Основные компоненты электронного привода с регулируемой скоростью, 13.5 Типовая схема электронного привода, 13.6 Электронный привод Терминология. ГЛАВА 14. Электронные преобразователи частоты постоянного тока: 14.1 Параметры выбора электронного преобразователя частоты постоянного тока, 14.2 Контроллеры тока возбуждения, 14.3 Управление напряжением якоря SCR, 14.4 Управление напряжением якоря прерывателя, 14.5 Рабочий цикл и широтно-импульсная модуляция, 14.6 Формы A, B, C и D Цепи управления, 14.7 Формы C и D Цепи питания: примеры, 14.8 Выбор привода и применение. ГЛАВА 15. Электронные приводы переменного тока с переменной скоростью: 15.1 Два типа приводов переменного тока с переменной скоростью, 15.2 Приводы с переменным напряжением, 15.3 Широтно-импульсная модуляция, 15.4 Приводы с переменной частотой, 15. 5 Приводы с источником напряжения и источником тока, 15.6 Переменный ток Выбор привода и установка. ГЛАВА 16 Вихретоковые и магнитные муфты, 16.1 Введение в вихретоковые муфты, 16.2 Номинальные характеристики вихретоковой муфты, 16.3 Работа вихретоковой муфты, 16.4 Конструкция вихретоковой муфты, 16.5 Охлаждение вихретоковой муфты , 16.6 Сравнение вихретоковой муфты с фрикционной муфтой, 16.7 Магнитная фрикционная муфта. ГЛАВА 17-Поиск и устранение неисправностей двигателей: 17.1 Введение в поиск и устранение неисправностей, 17.2 Поиск и устранение неисправностей однофазных двигателей, 17.3 Поиск и устранение неисправностей многофазных двигателей, 17.4 Поиск и устранение неисправностей двигателей постоянного тока, 17.5 Поиск и устранение неисправностей контрольно-измерительных приборов, 17.6 Определение немаркированных выводов двигателя. ГЛАВА 18 Вращающийся однофазный преобразователь в трехфазный, 18.1 Выбор типа трехфазного питания, 18.2 Теория вращающегося преобразователя, 18.3 Создание трехфазного преобразователя.

Разное