Асимметричный двигатель что это

Асимметричный импульсный однофазный электродвигатель с частотным преобразователем который стоит купить

Полезная модель относится к области электродвигателей постоянного тока, в частности безредукторным коллекторным электродвигателям низкого напряжения, и может быть использована в качестве мотор-колес в транспортных средствах: электроприводных велосипедах, скутерах, мотоциклах, электро-автомобилях и т.д., а также в иных областях техники.

Настоящая полезная модель направлена на увеличение КПД и улучшение прочих эксплуатационно-технических параметров двигателя, при одновременном упрощении монтажа и эксплуатационного обслуживания.

Ассиметричный импульсный электродвигатель, выполненный в соответствии с настоящей полезной моделью, включает:

— статор с круговым магнитопроводом, на котором закреплено четное количество постоянных магнитов с одинаковым шагом;

— ротор, отделенный от статора воздушным промежутком, и несущий четное число электромагнитов, расположенных попарно напротив друг друга;

— распределительный коллектор, закрепленный на корпусе статора и имеющий расположенные по окружности токопроводящие пластины, соединенные с чередованием полярности с постоянным источником тока и разделенные диэлектрическими промежутками;

— токосъемники, установленные с возможностью контакта с пластинами коллектора. Количество постоянных магнитов n удовлетворяет соотношению: n=10+4k, где k — целое число, принимающее значения 0, 1, 2, 3 и т.д.; при этом количество электромагнитов ротора m обычно удовлетворяет соотношению m=4+2L, где L — любое целое число, удовлетворяющее условию 0Lk.

Электродвигатель, изготовленный в соответствии с настоящей полезной моделью, продемонстрировал высокие эксплутационные характеристики и надежность конструкции при использовании на различных транспортных средствах.

Наиболее перспективными для развития транспорта являются безредукторные мотор-колеса, у которых вращение колеса вызывается непосредственно электромагнитным взаимодействием магнитных систем ротора и статора. Такие двигатели экологически чистые, экономичные, просты и удобны в эксплуатации. Известно мотор-колесо, содержащее обод, и ось со встроенным асинхронным электродвигателем (SU 628008 А, 15.10.1978). Электродвигатель выполнен в виде дисковой асинхронной электромашины, статор которой с магнитопроводом, обмотками и токопроводом закреплен на неподвижной оси колеса, а ротор с короткозамкнутой обмоткой и магнитопроводами, размещенными с двух сторон статора, образуют колесо, выполненное с возможностью вращения. Такая конструкция мотор-колеса обеспечивает большую надежность за счет отсутствия механического редуктора и имеет улучшенное по сравнению с традиционной конструкцией охлаждение, за счет радиальных каналов, омываемых охлаждающей средой. Однако использование такого элемента как асинхронный двигатель приводит к высокому тепловыделению, требует сложной системы управления и высоковольтных источников питания. Кроме того, такой мотор-колесо не имеет перспективы рекуперации электроэнергии, как при движении, так и при торможении транспортного средства.

Известен встроенный электродвигатель (WO 93/08999 А1, 13.05.93), содержащий две основные части: неподвижный статор, закрепленный на оси и имеющий магнитопровод с постоянными магнитами, размещенными равномерно; и подвижный ротор, несущий обод и содержащий по крайней мере две группы электромагнитов, а также распределительный коллектор, закрепленный на статоре и имеющий токопроводящие пластины, соединенные с источником постоянного тока. На роторе закреплены токосъемники, имеющие электрический контакт с пластинами распределительного коллектора.

Указанное мотор-колесо имеет различные модификации и варианты исполнения (US 6384496 В1, 07.05.2002; US 6617746 В1, 09.09.2003; RU 2129965 С1, 10.05.1999; RU 2172261 С1, 20.08.2001). К преимуществам такого устройства относятся: отсутствие редуктора, использование низковольтных источников питания, отсутствие дополнительных электронных схем, возможность рекуперции энергии, небольшие габариты и вес. Комбинирование основных элементов мотор-колеса с дополнительными устройствами позволяет создавать аналогичные по принципу работы и обладающие указанными преимуществами мотор-колеса.

Однако описанное мотор-колесо и его разновидности имеют ряд недостатков, главный из которых заключается в необходимости больших пусковых и переходных токов при трогании и ускорении транспортного средства. Это приводит к быстрому износу и порче аккумуляторов и ухудшению теплового режима. Другим недостатком является недостаточно эффективное возвращение и использование электроэнергии. Также названные электродвигатели имеют низкий крутящий момент, что существенно ограничивает область их практического использования.

Известные технические решения, направленные на устранение указанных недостатков, связаны с применением высоковольтных источников питания и сложных схем управления, что делает их дорогостоящими и малонадежными в эксплуатации (US 6791226 В1, 14.09.2004; US 6727668 В1, 27.04.2004; US 6355996 В1, 12.03.2002).

Для улучшения эксплуатационно-технических характеристик электродвигателя при сохранении относительной простоты конструкции и надежности был предложен импульсно-инерционный электродвигатель (RU 2285997, 20.10.2006).

Такой двигатель содержит: статор с круговым магнитопроводом, на котором закреплено четное количество постоянных магнитов с одинаковым шагом. Ротор электродвигателя отделен от статора воздушным промежутком, и несет четное число электромагнитов, которые расположены попарно напротив друг друга. Распределительный коллектор закреплен на корпусе статора и имеет расположенные по окружности токопроводящие пластины, соединенные с чередованием полярности с постоянным источником тока и разделенные диэлектрическими промежутками. Токосъемники установлены с возможностью контакта с пластинами коллектора, причем каждый из токосъемников подключен к одноименному выводу обмоток соответствующих электромагнитов.

Каждый из электромагнитов имеет по две катушки с последовательно встречным направлением обмотки, причем обмотки катушек смежных электромагнитов соединены последовательно, а выводы обмоток противоположных электромагнитов, не подключенные к токосъемникам, соединены между собой. Количество постоянных магнитов статора, равное n, и количество электромагнитов ротора, равное m, подбирают таким образом, чтобы они удовлетворяли соотношениям:

n=10+4k, где k — целое число, принимающее значения 0, 1, 2, 3 и т.д.

m=4+2L, где L — любое целое число, удовлетворяющее условию 0Lk.

Этот электродвигатель показал высокие тяговые, скоростные и другие эксплуатационные характеристики и с успехом применяется на различных транспортных средствах. Однако в процессе эксплуатации были также определены направления для дальнейшего усовершенствования мотор-колеса. Это, прежде всего: увеличение крутящего момента и скорости вращения, упрощение настройки опережения коммутации фаз и в целом увеличение КПД электродвигателя.

В качестве ближайшего аналога настоящей полезной модели выбран импульсно-инерционный двигатель. В ассиметричном импульсном электродвигателе в соответствии с полезной моделью сохранен тот же подход к выбору соотношения между количеством постоянных магнитов и электромагнитов, но использована совершенно другая электрическая схема. Кроме того, изменены некоторые геометрические параметры элементов электродвигателя, влияющие на электромагнитные взаимодействия.

— токосъемники, установленные с возможностью контакта с пластинами коллектора.

Количество постоянных магнитов n удовлетворяет соотношению:

n=10+4k, где k — целое число, принимающее значения 0, 1, 2, 3 и т.д.

При этом количество электромагнитов ротора m обычно удовлетворяет соотношению m=4+2L, где L — любое целое число, удовлетворяющее условию 0Lk. Наиболее часто используемые: n=10, m=4; n=14, m=6; n=18, m=4; n=22, m=4, 6, 8, 10; n=26, m=4, 6, 8, 10, 12 и т.д.

Каждый из электромагнитов имеет по две катушки с последовательно встречным направлением обмотки. Количество витков в катушках электромагнитов рассчитывается аналогично правилам расчета трансформаторов по формуле:

N=(k/S)*V, где S — площадь поперечного сечения зубца электромагнита в см 2 , k — коэффициент трансформации, V напряжения источника питания в вольтах; причем k принимает любое значение из ряда 12, 14, 16.

Диаметрально противоположные электромагниты имеют паралелльно-встречное включение, т.е. выводы обмоток соединены друг с другом независимо от остальных так, что начало обмотки одного электромагнита соединено с концом обмотки другого электромагнита. Каждый из токосъемников подключен к одноименному выводу обмоток соответствующих электромагнитов. Обычно токосъемники (щетки) устанавливаются по осевым линиям второго зубца, по направлению вращения электромагнита и соединяются с начальным выводом катушки этого зубца.

Для облегчения процедуры трогания с места и повышения крутящего момента электродвигателя предпочтительно, чтобы зубцы каждого электромагнита были не симметричными. Башмак первого, по направлению вращения ротора, зубца каждого электромагнита увеличен, по сравнению со вторым. Разница в размерах (от 3 до 9 мм) зависит от задаваемых параметров электродвигателя: тяговых свойств, скорости вращения и выходной мощности.

Настоящая полезная модель может быть использована как для электродвигателя однонаправленного вращения, так и для реверсивного электродвигателя, в зависимости от способа подключения электропитания. В первом случае положительные токопроводящие пластины распределительного коллектора соединяют с положительным полюсом источника постоянного тока, а отрицательные токопроводящие пластины распределительного коллектора при этом замкнуты на корпус электродвигателя.

В реверсивном электродвигателе положительные токопроводящие пластины распределительного коллектора соединяют с положительным полюсом источника постоянного тока, а отрицательные токопроводящие пластины распределительного коллектора соединяют с отрицательным полюсом источника постоянного тока и изолируют от корпуса электродвигателя. Для изменения направления вращения электродвигателя меняют подключение полюсов источника постоянного тока на противоположное.

Конструктивно электродвигатель может быть выполнен так, что ротор будет расположен с внешней стороны статора или ротор будет расположен внутри статора. Сущность полезной модели поясняется следующими чертежами:

На Фиг.1 изображена схема электродвигателя, выполненного в соответствии с настоящей полезной моделью, у которого статор электродвигателя расположен внутри ротора;

На Фиг.2 изображена схема электродвигателя, выполненного в соответствии с настоящей полезной моделью, у которого статор электродвигателя расположен снаружи ротора;

На Фиг.3 представлена зависимость КПД электродвигателя для скутера от вращающего момента;

На Фиг.4 представлена зависимость КПД электродвигателя для электромобиля от вращающего момента.

На Фиг.1 представлен электродвигатель, выполненный в соответствии с настоящей полезной моделью, который может быть использован как мотор-колесо для различных транспортных средств. Электродвигатель содержит обечайку 1, выполняющую роль защитного кожуха, и непосредственно передающую вращение на колесо. Обечайка соединена посредством спиц с ободом колеса (на фигуре не показано). Статор 2 электродвигателя расположен внутри ротора 3. Статор 2 имеет круговой магнитопровод 4, на котором закреплено четное количество постоянных магнитов 5 с одинаковым шагом и чередующейся полярностью. В данном случае четырнадцать постоянных магнитов (n=10+4k, где k=1). Ротор 3 отделен от статора воздушным промежутком и несет четное число электромагнитов 6. В данном случае — шесть (m=4+2L, где L=k=1). Электромагниты расположены попарно напротив друг друга и образуют три пары. Каждый из указанных электромагнитов имеет по две катушки 7 с последовательно встречным направлением обмотки, (то есть, если одна из катушек намотана по часовой стрелке, то другая против часовой). Между собой катушки одного электромагнита соединены последовательно, конец обмотки одной катушки соединен с началом обмотки другой катушки. Обычно зубцы одного электромагнита изготавливают не одинаковые. Первый по направлению вращения электродвигателя зубец 8 имеет больший размер башмака 9, чем размер башмака 10 второго зубца 11. Увеличение длины башмака каждого первого (по направлению вращения ротора) зубца значительно облегчает процедуру трогания с места, снижает пусковые токи, повышает крутящий момент и упрощает настройку опережения коммутации фаз. При этом скорость вращения электродвигателя уменьшается незначительно. Разница в размерах (от 3 до 9 мм) зависит от изначально задаваемых параметров электродвигателя: тяговых свойствах, скорости вращения и мощности.

На Фиг.1 начало обмотки катушки второго зубца обозначено буквой «Н», конец обмотки катушки первого зубца обозначен буквой «К». Количество витков в катушках определяется требуемыми параметрами двигателя. Опытным путем была найдена методика расчета количества витков в катушках электромагнитов. Она аналогична методам расчета трансформаторов: количество витков одной катушки N=(k/S)*V, где S — площадь сечения сердечника (зубца электромагнита) в см, k — коэффициент трансформации, V напряжения источника питания в вольтах. Опытным путем установлено, что для импульсных моторов к зависит от качества электротехнической стали и магнитных параметров постоянных магнитов и, обычно, выбираются значения — 12, 14, 16. Чем выше качество стали и больше коэрцитивная сила постоянных магнитов, тем ниже значение коэффициента. Сечением провода определяется мощностью электродвигателя и, соответственно, размером окна заполнения между зубцами.

При работе электродвигателя катушки 7 электромагнитов 6, запитываются от источника постоянного тока (на фигуре не показан) через распределительный коллектор 12 и токосъемники 13. Распределительный коллектор 12 неподвижен относительно статора, а токосъемники 13 связаны с ротором и при его вращении перемещаются относительно токоведущих пластин 14. Обычно конструктивно токосъемники крепятся к боковой крышке (внешнему кожуху) электромотора. Указанные пластины соединены с чередованием полярности с постоянным источником тока и разделены диэлектрическими промежутками 15. Количество пластин в распределительном коллекторе соответствует числу магнитов статора и в данном случае равно четырнадцати.

Каждый из токосъемников 13 подключен к одноименным выводам обмоток одного из электромагнитов 6. На фигуре изображено подключение к началу обмотки катушки второго по направлению вращения зубца электромагнита, обозначенное буквой «Н». Обычно токосъемники (щетки) устанавливаются по осевым линиям второго зубца, по направлению вращения, электромагнита и соединяются с начальным выводом катушки этого зубца.

Между собой электромагниты 6 соединены по следующей схеме:

пара диаметрально противоположных электромагнитов имеют паралелльно-встречное независимое включение, т.е. вывод «Н» обмотки первого электромагнита соединен с выводом «К» обмотки второго электромагнита, а вывод «К» обмотки первого электромагнита соединен с выводом «Н» обмотки второго электромагнита.

Описанный выше вариант исполнения электродвигателя обычно используют на велосипедах, скутерах и мотоциклах, когда ось двигателя жестко закреплена на вилке транспортного средства и вращается корпус мотора вместе с ободом и шиной.

Принцип действия электродвигателя, выполненного в соответствии с настоящей полезной моделью, аналогичен традиционному электродвигателю постоянного тока и основан на силах электромагнитного притяжения и отталкивания, возникающих при взаимодействии электромагнитов 6 ротора и постоянных магнитов 5 статора. При прохождении электромагнитом положения, когда его ось расположена между осей постоянных магнитов, катушки электромагнита запитаны так, что создают магнитный полюс, противоположный полюсу последующего в направлении вращения постоянного магнита, и одноименный с полюсом предыдущего постоянного магнита. Таким образом, электромагнит одновременно отталкивается от предыдущего и притягивается к последующему постоянному магниту. При прохождении электромагнитом положения напротив оси постоянного магнита, он обесточен, поскольку токосъемник располагается напротив диэлектрического промежутка. Это положение электромагнит проходит по инерции. Преимущества настоящего электродвигателя заключаются в строго определенном соотношении числа электромагнитов и постоянных магнитов их взаиморасположении и в используемой схеме коммутации электромагнитов.

На Фиг.2 изображена схема электродвигателя, выполненного в соответствии с настоящей полезной моделью, у которого статор 2 электродвигателя расположен снаружи ротора 3. Статор 2 несет четырнадцать постоянных магнитов 5; ротор — шесть элетромагнитов 6. Исполнение элементов электродвигателя и их обозначение на чертеже аналогично описанному выше (для Фиг.1). Такой электродвигатель может быть использован в качестве автомобильного варианта с жестко закрепленным корпусом и вращающейся осью, с прикрепленным к ней диском и шиной.

Электродвигатель, изготовленный в соответствии с настоящей полезной моделью, демонстрирует высокие эксплутационные характеристики и надежность конструкции при использовании на различных транспортных средствах.

Базовая модель двигателя — 14 постоянных магнитов и 6 электромагнитов использовалась на велосипеде, скутере, мотоцикле и электромобиле.

Сердечник электромагнита был собран из пластин изотропной электротехнической стали шириной — 13 мм. Высота набора составляла 25 мм (площадь сечения S=3,25 см 2 ). В данном случае коэффициент трансформации был равен 12. Количество витков на 1 В источника питания составляло 3,7. Для скутера, например, величина напряжение питания которого равнялось 48 В, количество витков каждого электромагнита составляло 178 (или по 89 витков на каждый зубец).

Результаты испытаний транспортных средств представлены в Таблице 1.

Таблица 1:
Тип транспортного средства	Велосипед	Скутер	Мотоцикл	Двухместный автомобиль
Количество мотор-колес	1	1	1	2
Развиваемая мощность, Вт	270	1300	2700	3000
Напряжение питания, В	24	48	60	72
Крейсерская скорость, км/ч	32	50	80	90
Вращающий момент, Нм	13	60	70	100
КПД, %	82	85	87	90
Габариты электродвигателя (диаметр/толщина, мм)	190/48	219/56	250/61	308/76
Вес электродвигателя, кг	5,0	8,5	12,0	16,0
Грузоподъемность транспортного средства, кг	100	160	250	400
Длина пробега транспортного средства, км	50	70	120	250

Описанный электродвигатель может работать в различных режимах в зависимости от напряжения источника питания. На Фиг.3 представлена зависимость КПД электродвигателя от момента вращения при различных напряжениях питания. Этот двигатель был разработан для скутера: развиваемая мощность — 1,3 кВт, скорость — 50 км/ч; КПД до 85%. На Фиг.4 представлена аналогичная зависимость для двигателя городского электромобиля: развиваемая мощность — 3 кВт, скорость — 85-90 км/ч; КПД до 90%.

Двухместный электромобиль при увеличении напряжения питания до 120 В (и соответствующем изменении сечения намоточного провода и количества витков) может развивать скорость до 130 км/ч.

Настоящая полезная модель не ограничивается только приведенными примерами и включает в себя все возможные случаи реализации настоящего электродвигателя.

1. Электродвигатель, содержащий: статор с круговым магнитопроводом, на котором закреплено четное количество n постоянных магнитов с одинаковым шагом, при этом n удовлетворяет соотношению n=10+4k, где k — целое число, принимающее значения 0, 1, 2, 3 и т.д.; ротор, отделенный от статора воздушным промежутком и несущий четное число электромагнитов, расположенных попарно напротив друг друга, каждый из электромагнитов имеет по две катушки с последовательно встречным направлением обмотки; распределительный коллектор, закрепленный на корпусе статора и имеющий расположенные по окружности токопроводящие пластины, соединенные с чередованием полярности с постоянным источником тока и разделенные диэлектрическими промежутками; токосъемники, установленные с возможностью контакта с пластинами коллектора, каждый из токосъемников подключен к одноименному выводу обмоток соответствующих электромагнитов; где выводы обмоток диаметрально противоположных электромагнитов соединены друг с другом независимо от остальных так, что начало обмотки одного электромагнита соединено с концом обмотки другого электромагнита.

2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что количество электромагнитов ротора m удовлетворяет соотношению m=4+2L, где L — любое целое число, удовлетворяющее условию 0Lk.

3. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что число витков в обмотках каждой из катушек электромагнитов рассчитывается по формуле N=1/2(k/S)V, где S — площадь поперечного сечения зубца электромагнита, см 2 , k — коэффициент трансформации, V — напряжение источника питания, В; причем k принимает любое значение из ряда 12, 14, 16.

4. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что каждый из токосъемников ориентирован по осевой линии второго, по направлению вращения ротора, зубца соответствующего электромагнита.

5. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что размер башмака первого, по направлению вращения ротора, зубца каждого электромагнита увеличен по сравнению со вторым на величину от 3 до 9 мм.

6. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что положительные токопроводящие пластины распределительного коллектора соединены с положительным полюсом источника постоянного тока, а отрицательные токопроводящие пластины распределительного коллектора замкнуты на корпус электродвигателя.

7. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что положительные токопроводящие пластины распределительного коллектора соединены с положительным полюсом источника постоянного тока, а отрицательные токопроводящие пластины распределительного коллектора соединены с отрицательным полюсом источника постоянного тока и изолированы от корпуса электродвигателя.

8. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что ротор расположен с внешней стороны статора.

9. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что ротор расположен внутри статора.

Однофазный электродвигатель с асимметричным магнитопроводом статора. Устройство и принцип действия асинхронного двигателя. Асинхронный тип двигателя: принцип работы, описание и функции

Как и большинство электромоторов, асинхронный двигатель переменного тока (АД) имеет фиксированную внешнюю часть, которая именуется статором, и ротор, вращающийся внутри. Между ними есть тщательно рассчитанный воздушный зазор.

Как это работает?

Устройство и принцип действия асинхронных двигателей, как и всех других, основаны на том, что для приведения в движение ротора используют вращение магнитного поля. Трехфазный АД является единственным типом мотора, в котором оно создается естественным образом из-за характера питания. В для этого используется механическая или электронная коммутация, а в однофазных АД — дополнительные электрические элементы.

Для работы электромотора необходимо наличие двух наборов электромагнитов. Принцип действия асинхронного электродвигателя состоит в том, что один набор формируется в статоре, так как к его обмотке подключается источник переменного тока. В соответствии с законом Ленца, это индуцирует в роторе электромагнитную силу (ЭДС) так же, как напряжение индуцируется во вторичной обмотке трансформатора, создавая другой набор электромагнитов. Отсюда и еще одно название АД — индукционный мотор. Устройство и принцип действия асинхронных двигателей основаны на том, что взаимодействие между магнитными полями этих электромагнитов генерирует крутящую силу. В итоге ротор вращается в направлении результирующего момента.

Статор

Статор состоит из нескольких тонких пластин из алюминия или чугуна. Их спрессовывают друг с другом, чтобы сформировать полый цилиндр сердечника с пазами. В них укладывают изолированные провода. Каждая группа обмоток вместе с окружающим их сердечником после подачи на нее переменного тока образует электромагнит. Число полюсов АД зависит от внутреннего соединения обмоток статора. Оно сделано таким образом, что при подключении источника питания образуется вращающееся магнитное поле.

Ротор

Ротор состоит из нескольких тонких стальных пластин с равномерно расположенными по периферии стержнями из алюминия или меди. В наиболее популярном его типе — короткозамкнутом, или «беличьей клетке», — стержни на концах механически и электрически соединены с помощью колец. Почти в 90% АД используется такая конструкция, так как она проста и надежна. Ротор состоит из цилиндрического пластинчатого сердечника с аксиально размещенными параллельными пазами для установки проводников. В каждый паз укладывается стержень из меди, алюминия или сплава. Они замкнуты накоротко с обеих сторон с помощью концевых колец. Такая конструкция напоминает беличью клетку, из-за чего и получила соответствующее название.

Пазы ротора не совсем параллельны валу. Их делают с небольшим перекосом по двум основным причинам. Первая заключается в обеспечении плавной работы АД за счет уменьшения магнитного шума и гармоник. Вторая заключается в снижении вероятности застопоривания ротора: его зубцы зацепляются за прорези статора за счет прямого магнитного притяжения между ними. Это происходит, когда их число совпадает. Ротор устанавливается на валу с помощью подшипников на каждом конце. Одна часть обычно выступает больше, чем другая, для приведения в движение нагрузки. В некоторых двигателях на нерабочем конце вала крепятся или положения.

Между статором и ротором имеется воздушный зазор. Через него передается энергия. Сгенерированный крутящий момент заставляет ротор и нагрузку вращаться. Вне зависимости от типа используемого ротора, устройство и принцип действия асинхронного двигателя остаются неизменными. Как правило, АД классифицируются по числу обмоток статора. Различают однофазные и трехфазные электрические моторы.

Устройство и принцип действия однофазного асинхронного двигателя

Однофазные АД составляют наибольшую часть электромоторов. Вполне логично, что наименее дорогой и непритязательный к обслуживанию двигатель используется наиболее часто. Как следует из названия, назначение, принцип действия асинхронного двигателя этого типа основаны на наличии только одной обмотки статора и работе с однофазным источником питания. У всех АД данного типа ротор является короткозамкнутым.

Однофазные моторы самостоятельно не запускаются. Когда двигатель подключается к источнику питания, по основной обмотке начинает течь переменный ток. Он генерирует пульсирующее магнитное поле. Из-за индукции ротор находится под напряжением. Поскольку главное магнитное поле пульсирует, крутящий момент, необходимый для вращения двигателя, не генерируется. Ротор начинает вибрировать, а не вращаться. Поэтому для однофазного АД требуется наличие пускового механизма. Он может обеспечить начальный толчок, заставляющий вал двигаться.

Стартовый механизм однофазного АД состоит в основном из дополнительной обмотки статора. Ей могут сопутствовать последовательный конденсатор или центробежный выключатель. При подаче напряжения питания ток в основной обмотке отстает от напряжения из-за ее сопротивления. В то же время электричество в стартовой обмотке отстает или опережает напряжение питания в зависимости от импеданса пускового механизма. Взаимодействие между магнитными полями, генерируемыми основной обмоткой и стартовой схемой, создает результирующее магнитное поле. Оно вращается в одном направлении. Ротор начинает поворачиваться в направлении результирующего магнитного поля.

После того как скорость мотора достигнет около 75% от номинальной, центробежный выключатель отключает пусковую обмотку. Далее двигатель может поддерживать достаточный крутящий момент, чтобы действовать самостоятельно. За исключением моторов со специальным стартовым конденсатором, все как правило, используются для создания мощности, не превышающей 500 Вт. В зависимости от различных методов пуска, однофазный АД дополнительно классифицируются, как описано в следующих разделах.

АД с расщепленной фазой

Назначение, устройство и принцип действия асинхронного двигателя с расщепленной фазой основаны на использовании в нем двух обмоток: стартовой и основной. Пусковая выполнена из проволоки меньшего диаметра и меньшим количеством витков по отношению к основной, чтобы создать большее сопротивление. Это позволяет ориентировать ее магнитное поле под углом. Он отличается от направления основного магнитного поля, что приводит к вращению ротора. Рабочая обмотка, которая сделана из провода большего диаметра, обеспечивает функционирование двигателя в остальное время.

Пусковой момент низкий, как правило, от 100 до 175% от номинального. Двигатель потребляет высокий стартовый ток. Он в 7-10 раз превышает номинальный. Максимальный крутящий момент также в 2,5-3,5 раза больше. Данный тип моторов используется в небольших шлифовальных машинках, вентиляторах и воздуходувках, а также в других устройствах, требующих низкого крутящего момента, мощностью от 40 до 250 Вт. Следует избегать применения подобных двигателей там, где часты циклы включения-выключения или требуется высокий вращающий момент.

АД с конденсаторным пуском

Конденсаторный асинхронный тип двигателя и принцип его работы основаны на том, что к его пусковой обмотке с расщепленной фазой последовательно подключена емкость, обеспечивающая стартовый «импульс». Как и в предыдущей разновидности моторов, здесь также имеется центробежный выключатель. Он отключает стартовый контур, когда скорость двигателя достигает 75% от номинальной. Так как конденсатор включен последовательно, это создает больший пусковой момент, достигающий 2-4-кратного размера от рабочего. А пусковой ток, как правило, составляет в 4,5-5,75 раз превышает номинальный, что значительно ниже, чем в случае расщепленной фазы, из-за большего провода в стартовой обмотке.

Модифицированным вариантом пуска отличается двигатель с активным сопротивлением. В этом типе мотора емкость заменена резистором. Сопротивление используется в тех случаях, когда требуется меньший стартовый крутящий момент, чем при использовании конденсатора. Помимо более низкой стоимости, это не дает преимущества перед емкостным пуском. Данные двигатели используются в агрегатах с ременным приводом: небольших конвейерах, больших вентиляторах и насосах, а также во многих устройствах с прямым приводом или с использованием редуктора.

АД с рабочим фазосдвигающим конденсатором

Устройство и принцип действия асинхронного двигателя данного типа основаны на постоянном подключении конденсатора, последовательно соединенного с пусковой обмоткой. После выхода мотора на номинальную скорость стартовый контур становится вспомогательным. Так как емкость должна быть рассчитана на непрерывное использование, она не может обеспечить начальный импульс пускового конденсатора. Пусковой момент такого двигателя низкий. Он составляет 30-150% от номинального. Пусковой ток небольшой — менее 200% от номинального, что делает электромоторы данного типа идеальными там, где требуется частое включение и выключение.

Такая конструкция имеет ряд преимуществ. Схему легко изменить для использования с контроллерами скорости. Электромоторы можно настроить на оптимальную эффективность и высокий коэффициент мощности. Они считаются самыми надежными из однофазных двигателей в основном потому, что в них не используется центробежный пусковой выключатель. Применяются в вентиляторах, воздуходувках и часто включаемых устройствах. Например, в регулировочных механизмах, системах открытия ворот и гаражных дверей.

АД с пусковым и рабочим конденсатором

Устройство и принцип действия асинхронного двигателя данного типа основаны на последовательном подключении стартового конденсатора к пусковой обмотке. Это дает возможность создать больший крутящий момент. Кроме того, у него имеется постоянный конденсатор, подключаемый последовательно со вспомогательной обмоткой после отключения пусковой емкости. Такая схема допускает большие перегрузки крутящего момента.

Этот тип двигателя рассчитан на более низкие токи полной нагрузки, что обеспечивает его большую эффективность. Данная конструкция наиболее затратна из-за наличия пускового, рабочего конденсаторов и центробежного выключателя. Применяется в деревообрабатывающих станках, воздушных компрессорах, водяных насосах высокого давления, вакуумных насосах и там, где необходим высокий крутящий момент. Мощность — от 0,75 до 7,5 кВт.

АД с экранированным полюсом

Устройство и принцип действия асинхронного двигателя данного типа состоят в том, что у него имеется только одна основная обмотка и нет стартовой. Пуск производится благодаря тому, что вокруг небольшой части каждого из полюсов статора есть экранирующее медное кольцо, в результате чего магнитное поле в данной области отстает от поля в неэкранированной части. Взаимодействие двух полей приводит к вращению вала.

Так как нет ни пусковой катушки, ни переключателя или конденсатора, мотор электрически прост и недорог. Кроме того, его скорость можно регулировать изменением напряжения или через многоотводную обмотку. Конструкция двигателя с экранированными полюсами позволяет его массовое производство. Его, как правило, считают «одноразовым», так как его намного дешевле заменить, чем отремонтировать. Помимо положительных качеств, у такой конструкции есть ряд недостатков:

низкий пусковой момент, равный 25-75% от номинального;
высокое скольжение (7-10%);
низкий КПД (менее 20%).

Низкая начальная стоимость позволяет использовать АД данного типа в маломощных или редко используемых устройствах. Речь идет о бытовых многоскоростных вентиляторах. Но низкий крутящий момент, низкий КПД и невысокие механические характеристики не позволяют их коммерческое или промышленное применение.

Трехфазные АД

Данные электромоторы нашли широкое применение в промышленности. Устройство и принцип работы трехфазного асинхронного двигателя определяются его конструктивным исполнением — с короткозамкнутым или с фазным ротором. Для его пуска не требуется конденсатор, стартовая обмотка, центробежный выключатель или другое устройство. Пусковой момент средний и высокий, как и мощность и эффективность. Используются в шлифовальных, токарных, сверлильных станках, насосах, компрессорах, конвейерах, сельскохозяйственной технике и др.

АД с замкнутым ротором

Это трехфазный асинхронный и устройство которого были описаны выше. Составляет почти 90% всех трехфазных электромоторов. Выпускается мощностью от 250 Вт до нескольких сотен кВт. По сравнению с однофазовыми двигателями мощностью от 750 Вт, они дешевле и выдерживают большие нагрузки.

АД с фазным ротором

Устройство и принцип действия трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором отличаются от АД типа «беличья клетка» тем, что на роторе есть набор обмоток, концы которых не замкнуты накоротко. Они выведены на контактные кольца. Это позволяет подключать к ним внешние резисторы и контакторы. Максимальный крутящий момент прямо пропорционален сопротивлению ротора. Поэтому на низких скоростях его можно повысить дополнительным сопротивлением. Высокое сопротивление позволяет получить большой крутящий момент при низком пусковом токе.

По мере ускорения ротора сопротивление уменьшается для изменения характеристики мотора, чтобы удовлетворить требованиям нагрузки. После того как двигатель достигнет базовой скорости, внешние резисторы отключаются. И электромотор работает как обычный АД. Данный тип идеален для высокой инерционной нагрузки, требующей приложения крутящего момента при почти нулевой скорости. Он обеспечивает разгон до максимума за минимальное время с минимальным потреблением тока.

Недостатком таких двигателей является то, что контактные кольца и щетки нуждаются в регулярном обслуживании, чего не требуется для мотора с короткозамкнутым ротором. Если обмотка ротора замкнута и производится попытка пуска (т. е. устройство становится стандартным АД), в нем будет течь очень высокий ток. Он в 14 раз превышает номинальный при очень низком крутящем моменте, составляющем 60% от базового. В большинстве случаев применение это не находит.

Изменяя зависимость скорости вращения от крутящего момента путем регулирования сопротивлений ротора, можно варьировать обороты при определенной нагрузке. Это позволяет эффективно снижать их примерно на 50%, если нагрузка требует переменного момента и оборотов, что часто встречается в печатных машинах, компрессорах, транспортерах, подъемниках и лифтах. Уменьшение скорости ниже 50% приводит к очень низкой эффективности за счет более высокой рассеиваемой мощности в сопротивлениях ротора.

В быту и в технике, там, где нужны двигатели небольшой мощности, часто используются так называемые однофазные асинхронные двигатели. Однофазный двигатель отличается от трехфазного тем, что его статор имеет одну обмотку (иногда две) и питается от однофазной сети. Ротор этих двигателей ввиду их малой мощности всегда выполняется коротко-замкнутым в виде беличьего колеса и ничем не отличается от ротора трехфазного двигателя.

Если обмотку однофазного двигателя включить в сеть, то протекающий по ней переменный ток будет возбуждать в машине, пока ее ротор неподвижен, переменное магнитное поле, ось которого тоже неподвижна. Это поле будет индуцировать в обмотке ротора токи, взаимодействие которых с магнитным полем приведет к возникновению сил, противоположно направленных в правой и левой половинах ротора, вследствие чего результирующий момент, действующий на ротор, окажется равным нулю. Следовательно, при наличии одной обмотки начальный пусковой момент однофазного двигателя

равен нулю, т. е. такой двигатель самостоятельно не сможет тронуться с места. Однако, если с помощью какой-либо внешней силы сообщить ротору некоторую скорость вращения, то он начнет вращаться.

Пуск в ход однофазных двигателей осуществляется с помощью того или иного пускового устройства. Работа этих устройств основана на использовании свойства двух магнитных потоков, смещенных в пространстве на 90° и сдвинутых по фазе на пи/2, создавать вращающее магнитное поле.

8.8.1. Однофазные двигатели с пусковой обмоткой

На статоре такого двигателя кроме рабочей обмотки РО находится так называемая пусковая обмотка ПО, повернутая в пространстве относительно рабочей обмотки на 90° (рис.

В момент пуска пусковая обмотка замыкается кнопкой К, и в результате трансформаторной связи в ней возникает ток, сдвинутый по фазе относительно питающего тока почти на пи/2. Эти токи создают вращающее магнитное поле, которое и разгоняет ротор. После разгона пусковая обмотка размыкается и в дальнейшей работе двигателя не участвует. Двигатели с таким пуском встречаются иногда в бытовых стиральных машинах.

8.8.2. Конденсаторные двигатели

В этих двигателях рабочая и пусковая обмотки статора также смещены на статоре друг относительно друга на 90°. На время пуска пусковую обмотку ПО подключают к сети с помощью кнопки К через конденсатор С (рис. 8.15), благодаря которому ток в пусковой обмотке отличается по фазе от тока в рабочей обмотке на пи/2, чем и обеспечивается разгон ротора.

В некоторых двигателях используются два параллельно включенных конденсатора С1 и С 2 — оба используются при

запуске, а один из них (С 2 ) остается включенным и во время

работы двигателя, благодаря чему обе обмотки являются рабочими (рис. 8.16).

Конденсаторные двигатели имеют лучшие пусковые и рабочие характеристики по сравнению с другими однофазными двигателями, поэтому они получили наиболее широкое распространение.

8.8.3. Однофазные двигатели с расщепленными полюсами

Статор двигателей очень малой мощности часто делают с явно выраженными полюсами, причем каждый полюс разрезан, а на одну его часть надето медное кольцо, играющее роль пусковой обмотки (рис. 8.17). Под действием переменного магнитного потока, создаваемого обмоткой статора, в кольце индуцируется ЭДС, отстающая по фазе от потока на л/2. Эта ЭДС создает в кольце ток. Поскольку сопротивление кольца практически чисто активное, этот

ток совпадает по фазе с ЭДС и отстает от потока обмотки тоже на пи/2.

Этот ток в кольце создает свой магнитный поток, совпадающий с ним по фазе. Таким образом, под полюсом действуют два сдвинутых по фазе на пи/2 магнитных потока, образуя вращающееся магнитное поле. Это магнитное поле и увлекает за собой короткозамкнутый ротор.

Двигатели с расщепленными полюсами широко применяются для маломощного привода (кинопроекторы, вентиляторы и т.п.).

Включение трехфазных двигателей в однофазную сеть

Во многих случаях трехфазные асинхронные двигатели можно включать в однофазную сеть переменного тока.

На рис. 8.18, а, б показаны схемы включения трехфазных двигателей, у которых выведены лишь по три конца обмоток. Конденсатор С создает дополнительный сдвиг по фазе

между током и напряжением, обеспечивая начальный пусковоймомент. Величина этого конденсатора рассчитывается или подбирается так, чтобы обеспечить примерное равенство всех трех фазных токов. На рис. 8.18 в, г показаны схемы включения трехфазных асинхронных двигателей, у которых выведены все шесть концов статорной обмотки. Включение трехфазных двигателей в однофазную сеть позволяет получать от них лишь 40-50 % от их номинальной мощности в трехфазном режиме.

Области применения. Асинхронные двигатели небольшой мощности (15 — 600 Вт) применяют в автоматических устройствах и электробытовых приборах для привода вентиляторов, насосов и другого оборудования, не требующего регулирования частоты вращения. В электробытовых приборах и автоматических устройствах обычно используют однофазные микродвигатели, так как эти приборы и устройства, как правило, получают питание от однофазной сети переменного тока.

Принцип действия и устройство однофазного двигателя. Обмотка статора однофазного двигателя (рис. 4.60, а) расположена в пазах, занимающих примерно две трети окружности статора, которая соответствует паре полюсов. В результате

(см. гл. 3) распределение МДС и индукции в воздушном зазоре близко к синусоидальному. Поскольку по обмотке проходит переменный ток, МДС пульсирует во времени с частотой сети. Индукция в произвольной точке воздушного зазора

Вх = Вm sin ωt cos (πх/τ) .

Таким образом, в однофазном двигателе обмотка статора создает неподвижный поток, изменяющийся во времени, а не круговой вращающийся поток, как в трехфазных двигателях при симметричном питании.

Для упрощения анализа свойств однофазного двигателя представим (4.99) в виде

Вх = 0,5Вт sin (ωt — πх/τ) + 0,5Вт sin (ωt + πх/τ), .

Т. е. заменим неподвижный пульсирующий поток суммой идентичных круговых полей, вращающихся в противоположных направлениях и имеющих одинаковые частоты вращения: n 1пр = n 1обр = n 1 . Поскольку свойства асинхронного двигателя при круговом вращающемся поле подробно рассмотрены в § 4.7 — 4.12, анализ свойств однофазного двигателя можно свести к рассмотрению совместного действия каждого из вращающихся полей. Иными словами, однофазный двигатель можно представить в виде двух одинаковых двигателей, роторы которых жестко связаны между собой (рис. 4.60, б), при встречном направлении вращения магнитных полей и создаваемых ими моментов М пр и М обр . Поле, направление вращения которого совпадает с направлением вращения ротора, называют прямым; поле обратного направления — обратным или инверсным.

Допустим, что направление вращения роторов совпадает с направлением одного из вращающихся полей, например с nпр . Тогда скольжение ротора относительно потока Ф пр

sпр = (n1пр — п2 )/n1пр = (n1 — п2 )/n1 = 1 — n2 /n1 . .

Скольжение ротора относительно потока Фобр

sобр = (n1обр + п2 )/п1обр = (n1 + п2 )/n1 = 1 + п2 /n1 . .

Из (4.100) и (4.101) следует, что

so6p = 1 + п2 /n1 = 2 — sпр . .

Электромагнитные моменты М пр и М обр , образуемые прямым и обратным полями, направлены в противоположные стороны, а результирующий момент однофазного двигателя М рез равен разности моментов при одной и той же частоте вращения ротора.

На рис. 4.61 показана зависимость М = f(s) для однофазного двигателя. Рассматривая рисунок, можно сделать следующие выводы:

а) однофазный двигатель не имеет пускового момента; он вращается в ту сторону, в которую приводится внешней силой; б) частота вращения однофазного двигателя при холостом ходе меньше, чем у трехфазного двигателя, из-за наличия тормозящего момента, образуемого обратным полем;

в) рабочие характеристики однофазного двигателя хуже, чем трехфазного; он имеет повышенное скольжение при номи нальной нагрузке, меньший КПД, меньшую перегрузочную спо собность, что также объясняется наличием обратного поля;

г) мощность однофазного двигателя составляет примерно 2/3 от мощности трехфазного двигателя того же габарита, так как в однофазном двигателе рабочая обмотка занимает только 2/3 пазов статора. Заполнять все пазы статора

так как при этом обмоточный коэффициент получается малым, расход меди возрастает примерно в 1,5 раза, в то время как мощность увеличивается только на 12%.

Пусковые устройства. Чтобы получить пусковой момент, однофазные двигатели имеют пусковую обмотку, сдвинутую на 90 электрических градусов относительно основной рабочей обмотки. На период пуска пусковую обмотку присоединяют к сети через фазосдвигающие элементы — емкость или активное сопротивление. После окончания разгона двигателя пусковую обмотку отключают, при этом двигатель продолжает работать как однофазный. Поскольку пусковая обмотка работает лишь короткое время, ее изготовляют из провода меньшего сечения, чем рабочую, и укладывают в меньшее число пазов.

Подробно рассмотрим процесс пуска при использовании в качестве фазосдвигающего элемента емкости С (рис. 4.62, а). На пусковой обмотке П напряжение
Ú 1п = Ú 1 — Ú C = Ú 1 +jÍ1 п XC , т. е. оно сдвинуто по фазе относительно напряжения сети U 1 , приложенного к рабочей обмотке Р . Следовательно, векторы токов в рабочей I 1р и пусковой I 1п обмотках сдвинуты по фазе на некоторый угол. Выбирая определенным образом емкость фазосдвигающего конденсатора, можно получить режим работы при пуске, близкий к симметричному (рис. 4.62, б), т. е. получить круговое вращающееся поле. На рис. 4.62, в показаны зависимости М = f(s) для двигателя при включенной (кривая 1) и выключенной (кривая 2) пусковой обмотке. Пуск двигателя осуществляется на части аb характеристики 1; в точке b пусковая обмотка выключается, и в дальнейшем двигатель работает на части сО характеристики 2.

Поскольку включение второй обмотки существенно улучшает механическую характеристику двигателя, в некоторых случаях применяют однофазные двигатели, в которых обмотки А и В

включены все время (рис. 4.63, а). Такие двигатели называют конденсаторными.

Обе обмотки конденсаторных двигателей занимают, как правило, одинаковое число пазов и имеют одинаковую мощность. При пуске конденсаторного двигателя для увеличения пускового момента целесообразно иметь увеличенную емкость Ср + Сп . После разгона двигателя по характеристике 2 (рис. 4.63,б) и уменьшения тока часть конденсаторов Сн отключают, чтобы при номинальном режиме (когда ток двигателя становится меньшим, чем при пуске) увеличить емкостное сопротивление и обеспечить работу двигателя в условиях, близких к работе при круговом вращающемся поле. При этом двигатель работает на характеристике 1.

Конденсаторный двигатель имеет высокий cos φ. Недостатками его являются сравнительно большая масса и габариты конденсатора, а также возникновение несинусоидального тока при искажениях питающего напряжения, которое в ряде случаев приводит к вредному воздействию на линии связи.

При легких условиях пуска (небольшой нагрузочный момент в пусковой период) применяют двигатели с пусковым сопротивлением R (рис. 4.64, а). Наличие активного сопротивления в цепи пусковой обмотки обеспечивает меньший сдвиг фаз φп между напряжением и током в этой обмотке (рис. 4.64, б), чем сдвиг фаз φр в рабочей обмотке. В связи с этим токи в рабочей и пусковой обмотках оказываются сдвинутыми по фазе на угол φр — φп и образуют несимметричное (эллиптическое) вращающееся поле, благодаря которому и возникает пусковой момент. Двигатели с пусковым сопротивлением надежны в эксплуатации в выпускаются серийно. Пусковое сопротивление встраивают в корпус двигателя и охлаждают тем же воздухом, который охлаждает весь двигатель.

Однофазные микродвигатели с экранированными полюсами. В этих двигателях обмотку статора, подсоединяемую к сети, выполняют обычно сосредоточенной и укрепляют на явно-выраженных полюсах (рис. 4.65, а), листы которых штампуют совместно со статором. В каждом полюсе один из наконечников охватывается вспомогательной обмоткой, состоящей из одного или нескольких короткозамкнутых витков, которые экранируют от 1/5 до 1/2 полюсной дуги. Ротор двигателя — короткозамкнутый обычного типа.

Магнитный поток машины, создаваемый обмоткой статора (поток полюса), можно представить в виде суммы двух составляющих (рис. 4.65, б) Фп = Фп1 + Фп2 , где Фп1 — поток, проходящий через часть полюса, не охваченную короткозамкну-тым витком; Фп2 — поток, проходящий через часть полюса, экранированную короткозамкнутым витком.

Потоки Фп1 и Фп2 проходят через различные части полюсного наконечника, т. е. смещены в пространстве на угол β. Кроме того, они сдвинуты по фазе относительно МДС F п обмотки статора на различные углы — γ1 и γ2 . Это объясняется тем, что каждый полюс описываемого двигателя можно рассматривать в первом приближении как трансформатор, первичной обмоткой которого является обмотка статора, а вторичной — короткозамкнутый виток. Поток обмотки статора индуцирует в короткозамкнутом витке ЭДС E к (рис. 4.65, в), вследствие чего возникает ток I к и МДС F к , складывающаяся с МДС F п обмотки статора. Реактивная составляющая тока I к уменьшает поток Фп2 , а активная — смещает его по фазе относительно МДС F п . Так как поток Фп1 не охватывает короткозамкнутый виток, угол γ1 имеет сравнительно небольшое значение (4-9°) — примерно такое же, как угол сдвига фаз между потоком трансформатора и МДС первичной обмотки в режиме холостого хода. Угол γ2 значительно больше (около 45°),

т. е. такой, как в трансформаторе со вторичной обмоткой, замкнутой накоротко (например, в измерительном трансформаторе тока). Это объясняется тем, что потери мощности, от которых зависит угол γ2 , определяются не только магнитными потерями мощности в стали, но и электрическими потерями в короткозамкнутом витке.

Потоки Фп1 и Фп2 , смещенные в пространстве на угол β и сдвинутые по фазе во времени на угол γ = γ2 — γl , образуют эллиптическое вращающееся магнитное поле (см. гл. 3), которое воздает вращающий момент, действующий на ротор двигателя в направлении от первого полюсного наконечника, не охватываемого короткозамкнутым витком, ко второму наконечнику (в соответствии с чередованием максимумов потоков «фаз»).

Для увеличения пускового момента рассматриваемого двигателя путем приближения его вращающегося поля к круговому применяют различные способы: устанавливают между полюсными наконечниками смежных полюсов магнитные шунты, которые усиливают магнитную связь между основной обмоткой и короткозамкнутым витком и улучшают форму магнитного поля в воздушном зазоре; увеличивают воздушный зазор под наконечником, не охватываемым короткозамкнутым витком; используют два и большее количество коротко-замкнутых витков на одном наконечнике с разными углами охвата. Имеются также двигатели без короткозамкнутых витков на полюсах, но с несимметричной магнитной системой: различной конфигурацией отдельных частей полюса и разными воздушными зазорами. Такие двигатели имеют меньший пусковой момент, чем двигатели с экранированными полюсами, но КПД их выше, так как у них отсутствуют потери мощности в короткозамкнутых витках.

Рассмотренные конструкции двигателей с экранированными полюсами являются нереверсивными. Для осуществления реверса в таких двигателях вместо короткозамкнутых витков применяют катушки В1, В2, В3 и В4 (рис. 4.65, в ), каждая из которых охватывает половину полюса. Замыкая накоротко пару катушек В1 и В4 или В2 и В3 ,можно экранировать одну или другую половину полюса и изменять таким образом направление вращения магнитного поля и ротора.

Двигатель с экранированными полюсами имеет ряд существенных недостатков: сравнительно большие габаритные размеры и массу; низкий cos φ ≈ 0,4 ÷ 0,6; низкий КПД η = 0,25 ÷ 0,4 из-за больших потерь в короткозамкнутом витке; небольшой пусковой момент и др. Достоинствами двигателя являются простота конструкции и вследствие этого высокая надежность в эксплуатации. Благодаря отсутствию зубцов на статоре шум двигателя незначителен, поэтому он часто употребляется в устройствах по воспроизводству музыки и речи.

Как отмечалось, однофазные асинхронные двигатели в настоящее время выполняются главным образом как малые машины на мощности, редко превышающие 0,5 кBт.

Статор их имеет однофазную обмотку, которую обычно получают из трехфазной, соединенной в звезду, при использовании только двух ее фаз. Ротор снабжается короткозамкнутой обмоткой в виде беличьей клетки.

Если обмотку статора питать однофазным переменным током, то она создаст переменную (пульсирующую) н.с. При неподвижном роторе в машине возникнет при этом переменное (пульсирующее) поле. Оно будет наводить в обмотке ротора токи, как во вторичной обмотке трансформатора. На рисунке 2.21 показаны направления токов в проводниках короткозамкнутого ротора при наличии пульсирующего поля.

Рис. 2.21. Токи в проводниках роторной обмотки однофазного двигателя при неподвижном роторе

Очевидно, результирующий момент, действующий на ротор, будет равен нулю, так как электромагнитные силы от взаимодействия поля и токов в обмотке ротора на ее правой и левой половинах будут равны и противоположны.

Отсутствие начального вращающего момента является характерной особенностью однофазного двигателя при указанной схеме соединения. Следовательно, он сам не может тронуться с места. Однако если посредством посторонней силы раскрутить ротор, то двигатель в дальнейшем будет вращаться самостоятельно и может быть нагружен.

Подобные явления можно наблюдать у трехфазного двигателя при обрыве одного из питающих проводов. Если провод оборван у неподвижного двигателя, то он при пуске не будет создавать вращающий момент и не тронется с места. Если же провод оборван у вращающегося трехфазного двигателя, то последний будет продолжать работать как однофазный. Но мощность его при этом должна быть снижена до 50…55% от номинальной.

Режим работы трехфазного двигателя в качестве однофазного не может быть допущен при мощности на его валу, близкой к номинальной, так как его обмотки из-за увеличения токов в них при таком режиме за короткое время чрезмерно нагреются.

Для объяснения указанных явлений заменим переменную пульсирующую по одной оси н.с. статора двумя н.с., вращающимися в разные стороны с синхронной частотой и имеющими амплитуды, равные половине амплитуды пульсирующей н.с.

При неподвижном роторе обе н.с. с равными амплитудами вращаются относительно ротора с одной и той же синхронной частотой. Поля, вызванные ими, также будут иметь одинаковые амплитуды. Они будут наводить в обмотке ротора одинаковые токи. Поэтому вращающие моменты, получающиеся от взаимодействия полей и наведенных ими токов, будут равны между собой. Так как они действуют в противоположные стороны, то результирующий момент равен нулю. Следовательно, ротор самостоятельно не может прийти во вращение. Если же, как указывалось, каким-либо способом привести его во вращение в любом направлении, то в этом направлении он будет вращаться самостоятельно и дойдет до скорости, близкой к синхронной.

То поле, которое вращается в одном направлении с ротором, называется прямо вращающимся или прямым, другое поле — обратно вращающимся или обратным. При вращении ротора оба эти поля неодинаковы: обратное поле ослабляется, тогда как прямо вращающееся поле усиливается. При скорости вращения, близкой к синхронной, обратное поле ослабляется настолько, что результирующее поле становится почти круговым.

Ослабление обратного поля при работе однофазного двигателя объясняется следующим образом. Если ротор относительно прямого поля имеет скольжение s, то относительно обратного поля он будет иметь скольжение:

Следовательно, токи, наведенные обратным полем в обмотке ротора, будут иметь высокую частоту, например при s=0,05 она равна (2-s)f 1 =1,95·50=97,5 Гц. Индуктивное сопротивление обмотки ротора при такой частоте будет во много раз больше ее активного сопротивления. Токи будут почти чисто реактивными; они будут оказывать сильное размагничивающее действие, т.е. ослаблять обратное поле.

Таким образом, при малых значениях скольжения вращающий момент в однофазных двигателях создается в основном в результате взаимодействия прямого поля и наведенных им в обмотке ротора токов. Тормозящий момент от взаимодействия обратного поля, сильно ослабленного, и наведенных им в обмотке ротора токов (почти чисто реактивных) имеет малое значение.

Рис. 2.22. Кривые вращающих моментов однофазного двигателя

Так как ток в роторе однофазного двигателя образуется наложением двух токов резко различных частот, то электрические потери в роторе можно считать равными сумме потерь, вызываемых каждым из токов в отдельности. Поэтому электрические потери в роторе однофазного двигателя примерно вдвое больше тех же потерь в роторе трехфазного двигателя соответствующей мощности. Здесь имеются в виду двигатели с таким выполнением обмотки ротора, при котором можно не считаться с вытеснением тока в ее проводниках. Если же двигатели имеют на роторе глубокие пазы или двойную клетку, то потери от токов, наведенных обратным полем в проводниках обмотки ротора, значительно возрастают из-за вытеснения в них тока.

Кроме того, cos однофазного двигателя ниже, чем трехфазного двигателя, так как у первого больше ток холостого хода (за счет его реактивной составляющей). Последнее станет понятным, если мы рассмотрим работу двигателя, вращающегося с синхронной скоростью, при разомкнутой и замкнутой обмотке ротора. В первом случае обе н.с. — прямая и обратная — создадут одинаковые поля, наводящие в обмотке статора ЭДС, уравновешивающие почти полностью приложенное напряжение.

Во втором случае обратная н.с. создается не только токами статора, но и токами ротора, наведенными обратным полем; она, так же как и обратное поле, сильно ослабляется. Поэтому прямая н.с. статора в данном случае должна возрасти настолько, чтобы создаваемое ею прямое поле наводило в обмотке статора ЭДС, почти полностью уравновешивающую приложенное напряжение. Во втором случае ток статора будет почти в 2 раза больше, чем в первом случае. Этим и объясняется увеличение тока холостого хода однофазного двигателя.

Увеличение скольжения вызывает увеличение тормозящего момента от обратного поля, поэтому максимальный момент однофазного двигателя меньше, чем у соответствующего трехфазного двигателя.

Коэффициент полезного действия однофазного двигателя также ниже вследствие увеличенных потерь в обмотке ротора, а также в обмотке статора из-за ухудшения cos .

Пуск в ход однофазного двигателя обычно производится при наличии на статоре вспомогательной фазы Она представляет собой обмотку, размещенную в пазах статора так, чтобы ее н.с. была пространственно сдвинута на 90 эл. град, относительно н.с. главной обмотки статора. Ток во вспомогательной обмотке должен быть сдвинут по фазе по отношению к току главной обмотки. Если созданы указанные условия, то обе обмотки вызовут вращающееся магнитное поле. Оно будет несимметричным, но создаваемый им момент в случае небольшого тормозящего момента на валу получается все же достаточным для пуска двигателя в ход. Вспомогательная обмотка выключается, когда двигатель достигает примерно нормальной частоты вращения, так как она рассчитывается на кратковременную нагрузку.

Следовательно, при пуске двигатель работает как двухфазный, а при нормальной частоте вращения — как однофазный. Для получения тока во вспомогательной обмотке, сдвинутого по фазе относительно тока в главной обмотке, последовательно с первой включают активное сопротивление (рис. 2.23,а) или емкость (рис. 2.23,б).

Рис. 2.23. Пусковые схемы однофазных двигателей

Применение емкости позволяет осуществить сдвиг по фазе между указанными токами равным 90°, что дает значительное увеличение начального вращающего момента.

Вместе с тем получили распространение однофазные двигатели, у которых вспомогательная фаза и соединенная последовательно с ней емкость остаются включенными во все время работы двигателя. Такие конденсаторные двигатели по сравнению с обычными однофазными, работающими с отключенной вспомогательной фазой, имеют больший максимальный момент и лучшие КПД и cos .

Асимметричный роторный двигатель с обратным смещением

[0002] Патент США №6,758,188 с названием «Асимметричный роторный двигатель с обратным смещением и продолжительным крутящим моментом», который полностью включен в настоящее описание посредством ссылки, раскрывает асимметричный роторный двигатель с обратным смещением, или IDAR (Inverse Displacement Asymmetric Rotary) двигатель. Этот двигатель включает стенку внутренней камеры, стенку внешней камеры и подвижный профильный элемент, определяемый следующим описанием.

[0003] Крутящий момент может быть достигнут по всему такту сгорания посредством выполнения камеры в роторным двигателе таким образом, чтобы угол установки между направлением силы от изогнутого профильного элемента и направлением силы стенки внешней камеры в каждой точке вдоль стенки внешней камеры в течение такта сгорания представлял собой угол более 0 градусов и менее 90 градусов. Форма стенки внутренней камеры, стенки внешней камеры и изогнутого профильного элемента, которая способствует тому, чтобы угол установки был между 0 градусов и 90 градусов, может быть определена алгебраически относительно заданного угла установки.

[0004] Как показано на фиг. 1, где S представляет поверхность стенки камеры, a CS представляет коленчатый вал, величина крутящего момента, создаваемого заданным углом установки С, который обеспечивается силой F(r), взаимодействующей с поверхностью, может быть равной F(r) ∗ расстояние D∗cos(C)∗sin (С). Как может быть определено математически, крутящий момент имеет максимальную величину, когда угол установки С равен 45 градусов. Величина косинус ∗ синус для 45 градусов равна 0,5. Другие углы установки между примерно 20 градусами и примерно 70 градусами могут создавать подходящие величины крутящего момента.

[0005] Как показано на фиг. 2, если радиус R удерживался постоянным при вращении по некоторому углу D вокруг точки CS, касательная к дуге, описываемая радиусом R, определит прямую линию между точками X и Z. Касательная образует прямой угол относительно радиуса в центре дуги (угол D/2). Если линия X-Z также опишет поверхность камеры, против которой проталкивался радиус, при угле D/2, то угол установки между направлением силы от радиуса и направлением силы от поверхности, будет равным 0.

[0006] Это отношение описывает условие в стандартной технологии роторного двигателя, в которой угол установки составляет 0 в начале и конце такта сгорания. Для достижения крутящего момента в течение всего такта сгорания, угол установки может быть между 0 и 90 градусами в каждой точке в течение такта сгорания.

[0007] Фиг. 3 иллюстрирует касательную С между точками Y и Z к дуге, формируемой вращением изменяющегося радиуса по некоторому углу D вокруг фиксированной точки CS. Если касательная С представляет собой поверхность, против которой проталкивается изменяющийся радиус, то угол установки между направлением силы от радиуса и направлением силы от поверхности будет углом Е, представляющим некоторый угол между 0 и 90 градусами.

[0008] Длина изменяющегося радиуса в любой заданной точке на фиг. 3 может быть равной R+dR, где R это начальная длина радиуса, dR это переменная длина, равная или большая, чем 0. Если величины R и dR известны на протяжении угла D, то угол установки Е может быть вычислен. И наоборот, если угол установки Е известен для средней точки D/2 некоторого угла вращения D, то может быть определена длина dR.

[0009] Может быть выведена математическая формула для кривой, причем радиус кривой составляет угол установки больше 0 градусов и меньше 90 градусов с поверхностью в каждой точки вдоль кривой при вращении радиуса вокруг фиксированной точки начала отчета для вращения. Угол установки может быть между примерно 20 градусами и примерно 70 градусами в каждой точке вдоль кривой. Может быть использована математическая формула для получения кривой, которая может быть профилем подвижного профильного элемента и частью неподвижной стенки внутренней камеры IDAR двигателя.

[0010] Также со ссылкой на фиг. 3, заданный угол установки Е может быть использован для вычисления величины dR, на которую радиус R должен увеличиться для сохранения угла установки Е, когда радиус (R+dR) вращается вокруг коленчатого вала. Для угла установки Е в 45 градусов треугольник XYZ на фиг. 3 имеет стороны XY и XZ равной длины. Далее приведены формулы для определения изменения радиуса dR относительно радиуса R, необходимые для формирования угла установки Е в 45 градусов:

[0014] Формула (6) показывает, что для заданного угла вращения D, например, в 1 градус, радиус R должен меняться с определенной долей, равной длине dR. Доля, на которую должен меняться R, а именно dR/R, постоянна для сохранения постоянного угла установки Е в 45 градусов на протяжении некоторого угла вращения D. Относительное изменение может быть увеличением по длине. Например, используя формулу (6), для формирования угла установки в 45 градусов при вращении в 1 градус радиус R может быть увеличен примерно на 1, 76%. Долю, с которой меняется R (dR), может оставаться постоянной независимо от начального значения R для каждого градуса вращения.

[0015] Общая формула для углов, отличных от 45 градусов, может быть выведена умножением правой стороны формулы (6) на коэффициент пересчета K, который характеризует различие длины стороны XY треугольника XYZ от длины стороны XZ, когда величина угла установки Е изменена с 45 градусов, причем длины XY и XZ равны. Когда угол установки Е не равен 45 градусам, формулы имеет следующий вид:

[0017] Коэффициент пересчета K равен 1/tan(E). Когда угол Е равен (45) градусам, 1/tan(45)=1, откуда получается формула (6). Когда угол Е не равен (45) градусам, K имеет величину, отличную от 1. Формула (8) может быть использована для вычисления, на долю должен измениться R при величине вращения D для формирования заданного угла установки Е.

[0018] Кривая согласно формуле (6) или (8) при использовании постоянного угла установки Е может быстро спиралеобразно выдаваться в сторону от фиксированной точки вращения. Для менее выраженной спиралеобразности с меньшей долей изменения по радиусу может быть использован изменяющийся угол установки Е. Например, угол установки в начале кривой может быть 45 градусов или больше и менее 90 градусов и может постепенно уменьшаться при вращении R вокруг фиксированной точки. Изменяющийся угол установки, например, непрерывно уменьшающийся угол установки, может поддерживаться между 90 градусами и 0 градусов, или между 70 градусами и 0 градусов.

[0019] Обращаясь к формуле (2) и со ссылкой на фиг. 3, можно увидеть, что элемент dR∗sin(D/2) определяет очень небольшую величину относительно других элементов формулы. Если вычесть, а не прибавлять, элемент dR∗sin(D/2) из 2∗R∗sin (D/2), то величина радиуса R все также будет увеличиваться, но более постепенно, а угол установки Е будет постепенно уменьшаться. Вычитая dR∗sin(D/2) из 2∗R∗sin (D/2) и применяя коэффициент пересчета К для начального угла падения более 45 градусов, можно получить следующую формулу:

[0021] Используя формулу (10) с начальной длиной радиуса R в (2) и начальным углом установки в 45 градусов, К будет равен 1, и будет сформирована кривая, показанная на фиг. 4.

[0022] На фиг. 4 показана примерная кривая, сформированная при помощи формулы (10), а также график двух окружностей, одна с радиусом в 1 единицу, и одна с радиусом в 2 единицы. Также со ссылкой на фиг. 4, линия, изображенная от начала касательной в любой точке кривой, сформированной в соответствии с формулой (10), будет иметь угол установки в 45 градусов при 0 градусов вращения, а угол установки будет постепенно уменьшаться до примерно 20 градусов при 90 градусах вращения.

[0023] Может быть сформирована стенка внутренней камеры IDAR двигателя, имеющей контур кривой по фиг. 4, что даст в результате угол установки с изогнутым контуром, начинающимся при 45 градусах при 0 градусах вращения, который постепенно уменьшается до 20 градусов при 90 градусах вращения. Поскольку контур стенки внешней камеры IDAR двигателя может быть функцией от контура стенки внутренней камеры, угол установки между направлением компоненты генерирующего силу крутящего момента от изогнутого контура и силой от стенки внешней камеры также меняется от 45 градусов примерно до 20 градусов в течение такта сгорания.

[0024] Для формирования контура стенки внутренней камеры кривая, формируемая формулой (10), например, кривой, показанной на фиг. 4, может быть продублирована с вращением на 180 градусов для формирования двух пересекающихся кривых одинаковой формы, как показано на фиг. 5. Форма, образованная на фиг. 5, может определять стенку внутренней камеры IDAR двигателя и изолированный элемент, вокруг которого может вращаться изогнутый профильный элемент IDAR двигателя в пределах камеры IDAR двигателя. Точка начала кривой, образованной формулой (10), может быть местом расположения коленчатого вала в пределах указанного изолированного элемента IDAR двигателя. Как показано на фиг. 5, коленчатый вал может быть смещен в пределах указанного изолированного элемента IDAR двигателя. Может быть сформирован профильный элемент, сопрягаемый с формой стенки внутренней камеры, как показано на фиг. 6.

[0025] Камера 2 и изогнутый профильный элемент 4, как представлено на фиг. 6 в качестве примера, могут иметь кривошипный центральный элемент 6 и фиксатор 8, смещенные относительно центра внутренней кривой 10. Положение кривошипного центрального элемента 6 и фиксатора 8 может быть смещено в направлении одной стороны профильного элемента, если сравнивать с геометрическим центром контура.

[0026] Форма стенки 14 внешнего контура может быть образована перемещением изогнутого контура вокруг стенки внутреннего контура. Стенка внешнего контура может быть выполнена так, чтобы удерживать изогнутый профильный элемент у стенки внутреннего контура, в то время как фиксатор или внешняя кривая изогнутого контура перемещается вдоль стенки внешней камеры. Соответственно, фиг. 6 изображает, что в пределах камеры 2 определены относительно кривой, формируемой по формуле (10) контуры и/или положения стенки 16 внутренней камеры, изолированный элемент 18, коленчатый вал 12, стенка 14 внешней камеры, изогнутый профильный элемент 4, кривошипный центральный элемент 6 и фиксатор 8.

[0027] Касательно вида фиг. 6 следует отметить, что форма стенки 14 внешней камеры может быть получена из тех же математических функций, что и стенка 16 внутренней камеры. Стенка 14 внешней камеры может иметь ту же форму, что и по меньшей мере часть стенки 16 внутренней камеры, но большую по масштабу и повернутую на некоторый угол, например, 90 градусов, вокруг начала в пределах части камеры 2, что соответствует такту сгорания.

[0028] Описанная выше технология IDAR двигателя имеет множество преимуществ над технологией стандартного поршневого двигателя внутреннего сгорания. Некоторые из преимуществ, обеспечиваемых конфигурацией IDAR двигателя, относятся к длинам тактов различного размера.

[0029] Например, такт сжатия может происходить при более короткой величине хода, чем такт расширения (сгорания). Это позволяет произвести больше работы в течение более длинного такт расширения при сравнении с поршневой технологией такого же перемещения.

[0030] Аналогичным образом, такты выпуска и впуска также не должны быть одинаковой длины. Такт расширения IDAR двигателя также имеет функцию механической передачи в работу, которая почти непрерывна, вместо передаточной функции поршневой технологии, имеющей форму кривой нормального распределения. Это осуществляется в виде кривой крутящего момента, имеющей очень ровную форму с небольшим колебанием в диапазоне частот вращения. Это происходит частично по той причине, что длина плеча кривошипа в сущности возрастает при протекании такта расширения.

[0031] Кроме того, все четыре такта двигателя: впуск, сжатие, сгорание и выпуск, могут иметь различную длительность и различную величину и могут происходить при различных скоростях в пределах той же четырех ходовой

последовательности. Это позволяет конструкторам IDAR двигателя оптимизировать работу двигателя и уменьшить побочные продукты, относящиеся к загрязнению, способом, превосходящим технологию поршневого двигателя.

[0032] Дополнительно необходимо отметить, все четыре такта протекают в пределах одного полного вращения вала. IDAR двигатель функционирует до некоторой степени как двухтактный двигатель исходя из того, что он имеет очень большую величину ускорения, но, в тоже время, он обладает параметрами генерации крутящего момента, присущими длинноходовому дизельному двигателю сходного смещения. Конфигурация IDAR двигателя не должна быть сгруппирована в подкатегории по функционированию на основе отношений диаметра отверстий к растяжению мембраны, как это делается в случае поршневой технологии, поскольку IDAR технология охватывает все эти категории, когда делаются сходные сравнения.

[0033] При фактическом производстве IDAR двигателя имеют место сложные кривые и плоские поверхности. Однако герметизирующие элементы всегда осуществляют изолирование у поверхности, которая является плоской, и ориентированы в направлении длины материала герметизирующего элемента. Это означает, что критическим производственным размером является плоскостность поверхностей частей и способность выравнивать части, так что противоположные стороны параллельны по всей ширине двигателя. Также важно, чтобы части не отклонялись в направлении траектории движения и чтобы поверхности, которые начинаются перпендикулярно друг другу, оставались такими в течение такта сгорания.

[0034] Поскольку длины тактов, величины и скорости могут отличаться друг от друга и не являются симметричными, как в технологии поршневого двигателя, важно иметь хорошее управление потоком входного отверстия при впуске и выпуске. Это позволяет добиться стандартов функционирования, превосходящих возможности технологии поршневого двигателя.

[0035] Кроме того, поскольку IDAR двигатель имеет уникальный ход расширения, указанная конфигурация сводится к базовой конструкции силовой установки на основе только хода расширения IDAR двигателя. Когда IDAR двигатель соединен с внешним устройством, он формирует внешний двигатель внутреннего сгорания или силовую установку, приводимую в действие какой-то другой движущей силой, такой как сжатый воздух.

[0036] Задачей настоящего изобретения является разработка усовершенствований контроля и эффективности IDAR технологии, а также облегчение производства и расширение использования IDAR технологии.

[0037] Предложен асимметричный роторный двигатель с обратным смещением, содержащий камеру. Камера в свою очередь содержит неподвижный изолированный элемент, имеющую внешнюю поверхность, которая представляет собой удлиненную выпуклую форму. Изолированный элемент включает канал коленчатого вала, расположенный на расстоянии от центра указанного изолированного элемента. Камера включает также переднюю пластину, присоединенную к передней поверхности указанного изолированного элемента, подвижный профильный элемент с вогнутой формой, смещенный в направлении внешней поверхности изолированного элемента и выполненный с возможностью вращения вокруг изолированного элемента, рабочий объем, заданный между внутренней поверхностью профильного элемента (контура) и внешней поверхностью изолированного элемента, и по меньше мере один взаимодействующий с передней пластиной подшипник, проходящий от передней поверхности подвижного профильного элемента и над направляющими краем передней пластины. Взаимодействующий с передней пластиной подшипник выполнен с возможностью взаимодействия с указанным направляющим краем во время такта сгорания.

В частных вариантах выполнения изобретения:

— профильный элемент включает два взаимодействующих с передней пластиной подшипника, расположенных на соответствующих противоположных периферических краях профильного элемента,

— два указанных подшипника содержат подшипник ведущего края и подшипник заднего края, причем один из подшипников проходит дальше от передней поверхности подвижного профильного элемента, чем другой подшипник, а передняя пластина содержит два направляющих края с различными профилями, при этом первый из направляющих краев контактирует с одним из подшипников, а второй из направляющих краев — с другим из указанных подшипников.

— камера дополнительно содержит обод с внутренней поверхностью, причем по меньшей мере часть изолированного элемента и профильного элемента расположены в пределах внутренней поверхности обода, подшипник для взаимодействия с внутренней поверхностью обода, проходящий от внешней поверхности подвижного профильного элемента, причем внутренняя поверхность обода имеет такую форму, чтобы смещать профильный элемент в направлении изолированного элемента, посредством чего взаимодействующий с передней пластиной подшипник взаимодействует с направляющим краем.

— двигатель дополнительно содержит опорную пластину, включающую отверстие впуска и отверстие выпуска, причем отверстие выпуска имеет дугообразную форму, заданную по меньшей мере частично проекцией профильного элемента на опорную пластину, когда рабочий объем находится в такте выпуска.

— отверстие впуска имеет дугообразную форму, заданную по меньшей мере частично проекцией профильного элемента на опорную пластину, когда рабочий объем находится в такте впуска,

— в пластине выполнено два упомянутых отверстия впуска и два упомянутых отверстия выпуска, причем отверстия впуска и выпуска выполнены у периферийных краев изолированного элемента на противоположных сторонах,

— двигатель является приводимым в действие сжатым воздухом,

— отверстия впуска выполнены с обеспечением возможности управления потоком горючего вещества,

— опорная пластина соединена с дополнительной опорной пластиной, при этом в дополнительной опорной пластине выполнены отверстия впуска,

— подвижный профильный элемент дополнительно содержит боковые герметизирующие элементы, взаимодействующие с поверхностями передней пластины и опорной пластины, и герметизирующие элементы верхней части, расположенные на периферийной поверхности профильного элемента и взаимодействующие с поверхностями изолированного элемента и передней пластины.

— герметизирующие элементы верхней части выполнены из чугуна,

— опорная пластина включает отверстие для размещения свечи зажигания, расположенное в области, в которой происходит такт сжатия,

— подвижный профильный элемент включает отверстие для размещения свечи зажигания, выходящее на внутреннюю поверхность профильного элемента таким образом, что электроды свечи зажигания входят в рабочий объем.

— двигатель включает клапанный канал, выполненный в изолированном элементе, и

цилиндрический щелевой клапан, установленный с возможностью вращения в клапанном канале таким образом, что горючее вещество выборочно доставляется в рабочий объем,

— цилиндрический щелевой клапан включает зубчатый диск, который выполнен с возможностью зацепления прямо или опосредованно с коленчатым валом в канале коленчатого вала, посредством чего ход профильного элемента в камере обеспечивает поворот цилиндрического щелевого клапана для выборочной доставки горючего вещества в рабочий объем,

— двигатель включает клапанное отверстие в изолированном элементе и вращающийся клапан, установленный с возможностью вращения в указанном клапанном отверстии с обеспечением открытия и закрытия отверстия впуска,

— вращающийся клапан включает диск, имеющий отверстия, расположенный напротив поверхности опорной пластины с обеспечением перекрытия поверхностью диска отверстия впуска,

— вращающийся клапан включает зубчатый диск, который выполнен с возможностью зацепления прямо или опосредованно с коленчатым валом в канале коленчатого вала, посредством чего ход профильного элемента в камере обеспечивает поворот вращающегося клапана с обеспечением открытия и закрытия отверстия впуска,

— профильный элемент включает рециркуляционное отверстие для обеспечения рециркуляции отработавшего газа,

— двигатель включает управляющий клапан, расположенный в отверстии выпуска на опорной пластины для герметизации отверстия выпуска, за исключением случая нахождения двигателя в такте выпуска,

— управляющий клапан представляет собой лепестковый клапан,

— управляющий клапан представляет собой вращающийся клапан,

— двигатель содержит подвижные профильные элементы.

— поверхность опорной пластины и внешняя поверхность обода имеют одинаковую форму.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0038] Необходимо отметить, что следующие чертежи изображают особенности только вариантов реализации изобретения, и поэтому они не должны рассматриваться как ограничивающие объем изобретения.

[0039] Фиг. 1 представляет взаимное расположение силы F(s) стены и силы F(r) ротора, когда сила ротора и составляющие силы стены находятся на одной прямой.

[0040] Фиг. 2 представляет взаимное расположение радиуса к кривой, образованной этим радиусом, причем длина радиуса сохраняется постоянной во время вращения радиуса на некоторую величину приращения против часовой стрелки вокруг точки поворота.

[0041] Фиг. 3 представляет взаимное расположение радиуса к кривой, образованной радиусом, который увеличивается в длине при его вращении на некоторую величину приращения против часовой стрелки вокруг точки поворота.

[0042] Фиг. 4 — график сформированной кривой, причем радиус постоянно увеличивается по длине при его вращении против часовой стрелки вокруг точки поворота.

[0043] Фиг. 5 изображает форму относящейся к изолированному элементу стенки внутренней камеры согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения и положение коленчатого вала на изолированном элементе, причем указанная форма относится к кривой, показанной на фиг. 2.

[0044] Фиг. 6 представляет принципиальную схему роторного двигателя, имеющего изолированный элемент, показанный на фиг. 3 с изогнутым профильным элемент, кривошипный центральный элемент, фиксатор, коленчатый вал и стенку внешней камеры.

[0045] Фиг. 7 — перспективное изображение камеры двигателя с пространственным разделением деталей, представляющее составные части и выравнивающие штыри.

[0046] Фиг. 8 — вид в перспективе изолированного элемента на опорной пластине.

[0047] Фиг. 9 — вид сбоку контура, изображающий размещение роликоподшипника.

[0048] Фиг. 10 — вид сбоку камеры двигателя с контуром, находящимся в положении сжатия.

[0049] Фиг. 11 — вид сбоку камеры двигателя с контуром, находящимся в положении расширения.

[0050] Фиг. 12 — вид сбоку камеры двигателя с контуром, находящимся в положении выпуска.

[0051] Фиг. 13 — вид сбоку камеры двигателя с контуром, находящимся в положении впуска.

[0052] На фиг. 14 показан вид в перспективе конструкции цилиндрового клапана.

[0053] На фиг. 15 показан вид в перспективе конструкции вращательного клапана.

[0054] Фиг. 16 — вид сбоку контура с установленной в нем свечой зажигания.

[0055] На фиг. 17 показан вид в перспективе корпуса, выполненного с возможностью установки со свечой зажигания.

[0056] На фиг. 18 — покомпонентное изображение конструкции лепесткового клапана.

[0057] На фиг. 19 — покомпонентное изображение двухконтурного двигательного узла.

[0058] Фиг. 20 — передний вид в вертикальном разрезе варианта опорной пластины.

[0059] На фиг. 21 показан вид в перспективе варианта корпуса и передней пластины.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0060] Как указано в части «Предпосылки создания настоящего изобретения», при производстве IDAR двигателя имеют дело со сложными изогнутыми и плоскими поверхностями. Изолирующие поверхности выполнены плоскими и ориентированы в направлении длины герметизирующего элемента.

Двигатель также выполнен таким образом, что участки с плоскими поверхностями расположены рядом друг с другом с образованием полного двигателя. Это означает, что если какая-то поверхность не является плоской или расположена спереди или сзади, это может привести к ошибке во всем устройстве. В случае развития ошибки возрастает сложность герметизации соответствующих поверхностей относительно друг друга. Кроме того, чем шире участок, тем сложнее выполнить полную поверхность плоской по всей ее ширине.

[0061] Для уменьшения уровня точности относительной плоскостности и уменьшения общей ошибки по всем поверхностям лучше всего подвергнуть все участки плоскому шлифованию спереди и сзади. Плоское шлифование может уменьшить изменение плоскостности поверхностей до менее 1/10000 дюйма по поверхности, если используется шлифовальный станок, обеспечивающий соответствующую точность. Это обеспечивает точность по более широкой области. Таким образом, лучше всего выполнять реальную камеру двигателя в виде по меньшей мере двух частей вместо одной.

[0062] Обычно камера представляет собой приблизительно округлую деталь из метала, примерно толщина контура и дополнительная величина формируют заднюю часть камеры. Также обычно в камере делают углубления обрабатывающими головками, «управляемыми» компьютером, которые достигаю полости. Если камера выполнена в виде одиночной детали, она будет иметь краевой участок, который не позволит шлифовальному кругу шлифовать заднюю полость камеры для достижения точности плоскостности.

[0063] Если камера выполнена более чем из одной части, то краевой участок может быть одной частью, а задняя полость может быть другой частью. Тогда опорная пластина может быть отдельно обработана для достижения точности и прикреплена к краевому участку выравнивающими штырями или винтами для формирования целой камеры.

[0064] Другой аспект изолирующих плоских поверхностей состоит в том, что в любой трехмерной плоскости две изолирующие поверхности пересекутся под правильным углом. Это означает изолирование углового области, что требует не только, чтобы параллельные плоскости были плоскими относительно друг друга, но также чтобы перпендикулярные поверхности были под точными прямыми углами. В этом случае также помогает плоское шлифование каждого участка отдельно.

[0065] Задачей IDAR двигателя является сохранение выравнивания плоскими поверхностями, выровненными с другими плоскими поверхностями, которые могут быть в движении. Это означает, что никакая часть не должна поворачиваться при своем движении по всем тактам. Подвижные контуры являются единственными частями, имеющими изолирующие поверхности, и они перемещаются в пределах камеры.

[0066] Фиг. 7-13 изображают IDAR двигатель 20 согласно раскрытому варианту реализации. IDAR двигатель имеет камеру 22 сгорания и рабочий объем 24, т.е. объем, в котором происходит впуск, сжатие, сгорание и выпуск горючего вещества.

[0067] Подробнее, IDAR двигатель 20 включает переднюю пластину 26, изолированный элемент 28, контур 30, краевой участок 32 и опорную пластину 34. Эти компоненты IDAR двигателя имеют такие противоположные передние стороны 36-44 и задние стороны (не показаны), что в двигателе 20 задняя сторона передней пластины расположена у передней стороны 38 изолированного элемента и передней стороны 40 контура, а передняя сторона 44 опорной пластины расположена у задней стороны изолированного элемента и задней стороны краевого участка.

[0068] Передняя пластина 26, изолированный элемент 28, контур 30, краевой участок 32 и опорная пластина 34 имеют каждый внешнюю поверхность 56-64, контур 30 и краевой участок 32 имеют внутренние поверхности 66, 68, а опорная пластина 34 содержит дополнительную опорную пластину 70 с внешним краем 72. На основе этих компонентов IDAR двигателя можно сказать, что камера 22 сгорания IDAR двигателя определяется внутренней поверхностью 68 краевого участка и внешней поверхностью 58 изолированный элемент, а рабочий объем определяется внутренней поверхностью 66 контура и внешней поверхностью 58 изолированного элемента.

[0069] Внешний край 72 дополнительной опорной пластины выполнен достаточно большим, чтобы покрывать впускное и выпускное выходные отверстия, выполненные в задней стороне опорной пластины, а также входные отверстия, выполненные в дополнительной пластине. Форма дополнительной опорной пластины может быть кругообразной. Дополнительная опорная пластина, наряду с остаточной частью опорной пластины и передней пластины 26, герметизирует рабочий объем 24, но не герметизирует камеру 22 сгорания, как описано подробно далее.

[0070] Внешняя поверхность 58 изолированного элемента имеет форму, которая, как подробно описано далее, основана на формуле, представленной в части «Предпосылки создания настоящего изобретения». Все остальные внешние и внутренние края, кроме внешнего края 62 краевой части внешнего края 64 опорной пластины, представляют собой функцию от формы изолированного элемента.

[0071] Краевая часть и внешние края 62, 64 опорной пластины не зависят от формы камеры сгорания. Кроме того, поскольку топливо удерживается в рабочем объеме, толщина краевой части по существу не зависит от формы рабочего объема. Другими словами, пока задняя сторона контура находится по существу вровень с задней стороной краевой части на опорной пластине 34, передняя сторона 38 контура может проходить за переднюю сторону 42 краевой части на расстояние, требуемое для формирования рабочего объема. Соответственно, краевая часть и опорная пластина могут быть выполнены из одной и той же заготовки и, как показано, иметь одинаковую форму внешнего края и толщину.

[0072] Внешние края краевой части и опорной пластины 62, 62 каждый включает нижний контур 74, 76, пригодный для содействия в удерживании IDAR двигателя на месте при его изготовлении при установке в автомобиль. Нижние контуры 74, 76 можно в целом описать так, что они имеют радиус, смещенный к внешним радиусам краевой части и опорной пластины, с закругленными или уменьшенными противоположными внутренними краями, например 78, 80.

[0073] Краевая часть 32 и опорная пластина 34 имеют согласующиеся установочные отверстия 82-88, проходящие в направлении толщины пластин, которые выполнены с возможностью принятия установочных штырей 90, 92. Установочные отверстия 82-88 примерно на (180) градусов смещены друг от друга и расположены на расстоянии от внешних краев краевой части и опорной пластины 62, 64.

[0074] Когда установочные штыри 90, 92 размещены на своем месте, зажимные болты или подобные элементы пропускают через группы крепежных отверстий, например, 94, 96, проходящих в направлении толщины пластин и расположенных по периферии относительно внешнего диаметра краевого участка и опорной пластины 32, 34. Говоря о чертеже, имеется более дюжины таких крепежных отверстий в каждой пластине.

[0075] Группа установочных отверстий 98-108 выполнена в слое передней пластины 26, изолированного элемента 28 и опорной пластины 34. Вторая пара установочных штырей 110, 112 проходит через отверстия 98-108 для установки передней пластины 26, изолированного элемента 28 и опорной пластины 34 рядом друг с другом. При таком размещении контур 30 располагается у изолированного элемента 28, как будет понятно из данного раскрытия изобретения.

[0076] Каждый из компонентов, включающих переднюю пластину 26, изолированный элемент 38 и опорную пластину 34, имеет согласующиеся крепежные отверстия, например, 114-118, проходящие в направлении толщины. На чертеже каждый имеет по восемь таких крепежных отверстий. Посредством этих отверстий передняя пластина 26, изолированный элемент 38 и опорная пластина 34 прикреплены друг к другу после использования установочных штырей 110-112.

[0077] Каждый из компонентов, включающих контур 30, краевую часть 32 и опорную пластину 34, имеет отверстия 120-130, выполненные с фаской в соответствующих передних сторонах, которые принимают участие в производственном процессе. Например, эти отверстия обеспечивают закрепление пластин и контуров на столах обработки с ЧПУ. Передняя пластина 26 и изолированный элемент 28 каждая имеет по меньшей мере одно отверстие 132, 134, выполненное с фаской в их соответствующих передних сторонах, с одинаковой целью.

[0078] Выполненные с фаской отверстия на краевой части 32 и опорной пластине 34 расположены по периферии, примыкая к внешним краям 62, 64. Выполненные с фаской отверстия в контуре 30 расположены на расстоянии друг от друга, как показано на чертеже, для обеспечения приемлемого расстояния и в результате надлежащего содействия в обработке. Выполненные с фаской отверстия на передней пластине 26 и изолированном элементе 28 расположены так, чтобы обеспечить дополнительную функцию функционирования в виде клапанного канала, как описано далее.

[0079] Опорная пластина 34 также включает отверстие 136 впуска горючего вещества и отверстие 138 выпуска горючего вещества. Отверстия 136, 138 определены округлыми отверстиями 140, 142 на задней стороне 44 опорной пластины. Особенность расположения этих отверстий станет понятной из описания фаз впуска и выпуска цикла сгорания, имеющегося далее. Округлое отверстие 142 для выпуска имеет больший диаметр, чем округлое отверстие 140 для впуска для обеспечения выпуска увеличенных в объеме горючих веществ. Округлые отверстия для впуска и выпуска имеют такую же площадь, что и в схожем образом расположенном двигателе внутреннего сгорания поршневого типа.

[0080] Отверстия 140, 142 проходят к передней стороне 44 опорной пластины посредством соответствующих дугообразных изогнутостей 144, 146, цель которых максимизировать скорость потока впуска и выпуска от соответствующих отверстий 136, 138.

[0081] Вследствие сложного характера дугообразных изогнутостей, рассмотренного далее, эти изогнутости выполняются фрезерованием в дополнительной опорной пластине 70, а не в опорной пластине 34. Дополнительная опорная пластина присоединена в передней стороне 44 опорной пластины. Как может быть ясно, дополнительная опорная пластина 70 может быть тонким элементом из какого-то материала вследствие минимальных конструкционных требований, предъявляемых ей.

[0082] Опорная пластина 34 также включает отверстие 148 свечи зажигания, расположенное в области, в которой происходит сжатие. Отверстие 150 сенсора также расположено в области, в которой происходит сжатие.

[0083] Возвращаясь к изолированному элементу 38, показанному на фиг. 7 и 8, внешний контур можно описать как некруглый, вытянутый и выпуклый. Этот контур сформирован с использованием формулы и способа, описанных в части «Предпосылки создания настоящего изобретения». После генерации формы в такой программе, как SolidWorks, доступной от компании Dassault Systemes SolidWorks Corp. (300 Baker Avenue, Concord, MA, 01742) на может быть легко масштабирована для соответствия заданным параметрам.

[0084] В качестве альтернативы, овал, например эллипс, со смещенным расположением коленчатого вала, обеспечит похожую структуру с похожими преимуществами. Также, эллипс может быть создан в программе SolidWorks и масштабирован при необходимости. Эллипс имеет большую ось и малую ось, и в раскрытых вариантах реализации большая ось по меньшей мере на 25% больше малой оси. Расстояние между фокальной точкой и локальным краем на главной оси (semilatus rectum) может быть оптимизировано, с учетом того, что большая величина этой переменной обеспечит большую величину расширение относительно сжатия. Также, это может быть оптимизировано с использованием программы SolidWorks, в зависимости от конструкционных ограничений.

[0085] Кроме того, каждый из компонентов, включающих переднюю пластину 26, изолированный элемент 28 и опорную пластину 34, имеют отверстия 156-160 для коленчатого вала. В отношении элемента 28, расположение отверстия 158 коленчатого вала может быть описано, как указано в части «Предпосылки создания настоящего изобретения», с использованием раскрытых там формул.

[0086] В качестве альтернативы, с использованием эллипса расположение отверстия коленчатого вала по существу находится в правом нижнем секторе графика, созданного большой и малой осями эллипса. На чертеже внешний диаметр отверстия с фаской по касательной соприкасается с большой и малой осями эллипса (см. фиг. 10). Однако отверстие с фаской может быть перемещено далее в этом секторе при необходимости. При таком перемещении отверстия с фаской далее в этом секторе подвижный контур перемещается более медленно при прохождении этапа сжатия, что меняет хронометраж такта сгорания. Опять же, это может быть оптимизировано при заданных конструкционных параметрах посредством моделирования в программе SolidWorks.

[0087] Отверстие коленчатого вала в передней пластине выполнено с фаской на его передней стороне, так что диск, прикрепленный к коленчатому валу и описанный далее, может быть установлен вровень с передней пластиной.

[0088] На фиг. 9 и 10 показан контур 30 на этапе сжатия такта сгорания. Как видно, внутренняя поверхность 66 контура представляет собой функцию внешней поверхности 58 изолированного элемента. Другими словами, внутренняя поверхность 66 контура по существу имеет ту же форму, что и изолированный элемент в зоне сжатия, но немного больше, чтобы перемещаться свободно вокруг изолированного элемента. Это пространство также отрегулировано для получения желаемого коэффициента сжатия для рабочего объема. Как показано, контур имеет противоположные по существу периферийные края 162, 164.

[0089] Рабочий объем в этом участке такта сгорания эквивалентен размера поршня в положении в верхней мертвой точке. Расположение отверстия 148 свечи зажигания определяет положение вставляемых электродов в центре рабочего объема во время пика сжатия. Отверстие 150 сенсора открыто воздействию горючего вещества в этом положении контура в камере 22.

[0090] Контур включает пару боковых герметизирующих элементов 166, 168 на своей передней и задней сторонах (только передние герметизирующие элементы показаны). Боковые герметизирующие элементы на передней стороне контура осуществляют уплотнение задней поверхности передней пластины 46. Боковые герметизирующие элементы на задней стороне контура осуществляют уплотнение дополнительной опорной пластины 70 на опорной пластине 34.

[0091] Боковые герметизирующие элементы ограничивают в двух парах апертур 170, 172 герметизирующих элементов верхней части (герметизирующие элементы не показаны), одна пара расположена на каждом противоположном периферийном конце контура 162, 164. Герметизирующий элемент верхней части проходит между передней пластиной и выступом, они контактируют с изолированным элементом, поверхностью передней пластины и задней пластины, и выполнены, например, из чугуна. Действие герметизирующих элементов заключается в герметизации горючего вещества в рабочем объеме.

[0092] В каждой паре апертур герметизирующих элементов верхней части апертура 174 внешнего герметизирующего элемента ограничивает радиально внешнюю часть апертуры 176 внутреннего герметизирующего элемента. Этот радиальный градиент способствует в предотвращении заклинивания контура при вращении вокруг изолированного элемента.

[0093] Контур 30 включает пару роликовых подшипников 178, 180, расположенных на передней стороне контура 30. Подшипник 178, 180 расположены на противоположных периферийных краях контура 30 и радиально во внешней части от герметизирующих элементов верхней части боковых герметизирующих элементов на противоположных краях 182, 184 внешней поверхности 60 контура. Подшипники вращаются относительно внешнего края 56 передней пластины во время работы IDAR двигателя, так что внешний край 56 служит в качестве направляющего края. Соответственно, траектория такого движения определяет профиль внешнего края 56 передней пластины.

[0094] Как показано на чертежах, противоположные края 182, 184 внешней поверхности 6 контура, и поэтому внешний край 56 передней пластины, находятся радиально в пределах внутренней поверхности 68 краевой части. Это обеспечивает то, что концы 182. 184 не нарушают движения контура 30 во время работы IDAR двигателя.

[0095] Внешняя поверхность 60 контура соединяется с внутренней поверхностью краевой части в одном месте. Это место является внешним пиком 186 во внешней поверхности 60 контура. Внешний пик 186 контура также является местом отверстия 188 кривошипного центрального элемента. Как было указано в части «Предпосылки создания настоящего изобретения» положение внешнего пика контура смещено по окружности в направлении периферийного края 164, например, на 25 процентов, если сравнивать с геометрическим центром контура. В качестве альтернативы, при использовании SolidWorks, положение может быть оптимизировано на основе критериев проектирования посредством перемещения внешнего пика далее в направлении или противоположно поверхности изолированного элемента или в направлении периферийного края 162 контура или периферийного края 164 контура.

[0096] Сохраняя внешний пик контура на том же самом радиальном расстоянии от поверхности изолированного элемента и перемещая внешний пик контура в направлении любого из периферийных концов контура, можно изменить положение верхней мертвой точки, и таким образом фазируя движение контура относительно такта сгорания. В свою очередь, уменьшая это радиальное расстояние, но удерживая периферийное расстояние постоянным, можно получить сниженное преимущество в виде меньшего пространства для расположения всех компонентов контура. Проталкивая внешний пик контура радиально далее от поверхности изолированного элемента, краевая часть может стать слишком большой, при этом не обязательно получая преимущества в виде реализации крутящего момента.

[0097] Контур включает ролик 192 внешнего пика, обеспечивающий плавное качение внешнего пика 186 контура у краевой части. Соответственно, толщина краевой части по существу не зависит от рабочего объема и при этом обладает достаточной величиной для поддержки ролика 192. Кроме того, профиль внутренней поверхности 68 краевой части выполнен таким, чтобы удерживать контур в положении, при котором герметизирующие элементы 170, 172 верхней части непрерывно уплотняют внутреннюю поверхность контура 66.

[0098] Как видно, профили внешней поверхности 56 передней пластины, внешней поверхности 58 изолированного элемента, внутренней поверхности 66 контура, внешней поверхности 60 контура, профиля дополнительной опорной основы (вследствие расположения отверстий впуска и выпуска), а также внутренняя поверхность 68 краевой части все взаимно зависимы. Из этих компонентов, поверхность 58 является начальной точкой, поскольку она обеспечивает наибольший результат в эффективности IDAR технологии.

[0099] Фиг. 11 иллюстрирует фазу расширения такта сгорания. Рабочий объем этого сегмента такта сгорания эквивалентен размерам поршня в положении нижней мертвой точки. Сравнение этого чертежа с фиг. 10 может помочь с пониманием дугообразного отверстия 146 выпуска. Во время такта расширения отверстие выпуска «закрыто». Для достижения этого отверстие выпуска имеет ведущий край 194, т.е. тот край, который первым достигается контуром 30. Этот край 194 расположен так, что внутренний край контура 66 не контактирует с отверстием выпуска, пока фаза расширения не выполнена. Как показано на фиг. 11, ведущий край 194 отверстия выпуска не видим в рабочем объеме.

[00100] На фиг. 12 представлена фаза выпуска такта сгорания. Сравнивая с фиг. 10, отверстие выпуска имеет верхний край 196, задний край 198 и радиальный внутренний край 200. Эти края по существу копируют проекцию внутренней поверхности 66 контура у дополнительной опорной основы 70 в месте контура 30 у пика фазы выпуска. Угловое разделение 202 в профиле 146 выпуска способствует контролю за потоком отработанных горючих веществ. Разделение 202 выровнена с направлениями потоков в свеем расположении.

[00101] На фиг. 13 показана фаза впуска такта сгорания. Форма дугообразного отверстия 142 впуска может быть понята из сравнения фиг. 13 с фиг. 10 и 12 и понимания, как было получено дугообразное отверстие выпуска.

[00102] Дугообразное отверстие впуска имеет ведущий край 204 (фиг. 12), который не выдается на контур 30, когда контур находится в положении максимального выпуска. Дугообразное отверстие впуска имеет нижний край 206, основанный на проекции контура на опорную пластину, когда контур проходит по фазе впуска, как проиллюстрировано на фиг. 1. Первый участок 208 верхнего края впуска проходит к изолированному элементу, а второй, больший участок 210, не проходит. Участок 210 повторяет контур внутренней поверхности 66 в начале фазы сжатия (не показано). Группа отверстий 212 и угловое разделение 214 также имеются для обеспечения надлежащего потока горючего вещества. Разделение 214 проходит в направлении линий потока в своем расположении.

[00103] Роликовые подшипники 178, 180, рассмотренные выше, удерживают контур 30 от поворотов и переплетения от герметизирующих элементов 166, 168 и 170, 172 во время описанного выше такта сгорания. Подшипники 178, 180 забирают крутящие моменты с герметизирующих элементов 166-172 и контура 30.

[00104] Улучшение объемного КПД приема в IDAR технологии можно получить в следующих альтернативных вариантах реализации. В качестве альтернативы отверстие 136 впуска, небольшие отверстия (не показаны), аналогичные по размеру отверстиям 212, как показано на фиг. 10, могут быть выполнены обработкой под прямым углом через внешнюю поверхность 58 изолированного элемента. Эти отверстия выполнены с получением отверстия 132 с фаской на изолированном элементе, в месте, где округлое отверстие 140 впуска расположено в ранее раскрытом варианте реализации. Соответствующее отверстие 218 с фаской обеспечено в передней пластине 26, а также через отверстие 220 в опорной пластине 34. Эти отверстия имеют диаметр около (1/2) дюйма.

[00105] Цилиндровый клапан 222, как показано на фиг. 14, вставляется в отверстие 218 передней пластины и в канал, созданный отверстием 132, для контроля открытием и закрытием меньших отверстий впуска. В частности, цилиндровый клапан включает полый цилиндр 224 с двумя группами 226, 228 слотов (семь слотов показано в каждой группе) на периферийных противоположных сторонах клапана 222. Слоты перпендикулярны продольной оси цилиндрового клапана и проходят за цилиндровый клапан примерно на четверть от общей окружности клапана.

[00106] Клапан включает зубчатый верхний диск 230, который установлен и вращается в пределах вдавливания 218 с фасками. Передачи 230 зацепляются с идентичной передачей на коленчатом вале (не показано), расположенной в первом отверстии 134 с фасками передней пластины. С таким зацеплением, клапан 222 может открываться и закрываться в два раза за каждый оборот IDAR двигателя.

[00107] Объемный коэффициент полезного действия (объемный КПД) двигателя отражает эффективность всасывания в цилиндр и выпуска из цилиндра рабочей среды. Данный коэффициент выражает отношение количества рабочей среды, фактически всасываемой в цилиндр, к объему самого цилиндра. Поэтому за счет создания давления на входе в двигатель выше давления окружающей среды. С помощью указанной выше технологии наблюдались значения объемного КПД больше 100%.

[00108] Альтернативные конфигурации впуска включают в себя первоначально раскрытые отверстие 136 впуска и вращательный клапан 232, показанные на фиг. 15. Этот вариант реализации не включает в себя меньшие отверстия во внешней поверхности 60 контура, но включает дополнительное отверстие 218 с фасками в передней пластине и опорную пластину через отверстие 220.

[00109] Вращательный клапан 232 также включает верхний зубчатый диск 230, цилиндр 234, которые могут быть или не быть полыми, и нижний диск 236. Нижний диск 236 установлен у нижней поверхности опорной пластины и имеет диаметр, который достаточно велик, чтобы проходить за округлое отверстие 140 впуска.

[00110] Нижний диск 236 имеет два дугообразных отверстия 238, 240, на периферийных противоположных местах на диске 236. Каждое отверстие занимает примерно от тридцати до сорока процентов площади диска 236. При таком клапане 232, впуск 136 открывается и закрывается два раза за каждый оборот двигателя дисковыми отверстиями 238, 240.

[00111] Еще один альтернативный вариант реализации показан на фиг. 16 и 17. В этом варианте отверстие 148 ввода свечи зажигания в опорной пластине 34 не является нужным. Напротив, в этом варианте альтернативной подвижной контур 242 включает в себя одно или более отверстий 244 с фасками, каждый из которых выполнено с возможностью размещения свечи зажигания 246. Отверстие 248 в отверстии 244 на внешней поверхности 250 контура обеспечивает доступ к свече зажигания, а отверстие 252 на внутренней поверхности контура 254 позволяет помещать электроды 256 в рабочий объем. Антенные провода (не показаны) крепятся к соединению свечи зажигания.

[00112] По сравнению с размещения свечи зажигания в фиксированном положении в опорной пластине, этот альтернативный вариант реализации обеспечивает высоко предсказуемое сжигание, даже при разных скоростях движения контура. Это происходит по причине того, что установленные в контуре свечи зажигания находятся всегда в точном положении, в котором желательно иметь начало процесса горения.

[00113] Кроме того, создается искровой промежуток путем размещения металлической пластины (не показана), подключенной к высоковольтной катушке (не показана), рядом с областью горения вдоль передней пластины 26. При движении контура 242 около высоковольтной пластины, искра переходит к движущейся свече зажигания 248 и через свечу зажигания на зазор в свече зажигания для начала процесс горения.

[00114] В еще одном альтернативном варианте реализации, потери при перекачке, связанные с тактом выпуска, могут быть уменьшены путем добавления контрольного лепесткового клапана 258, показанного в покомпонентном изображении на фиг. 18, на задней стороне опорной пластины, у отверстия 138 выпуска. Контуры проходят через область выпуска в течение такта выпуска, а затем оставляют отверстие выпуска открытым для атмосферного давления. Это приводит к увеличению трения в насосе, потому что газы не содержатся в одном направлении движения.

[00115] В частности, лепестковый клапан герметизирует отверстие выпуска то время, когда нет контура 30, и предотвращает скопление выхлопа в камере двигателя. В другом варианте изобретения для этой цели используется вращательный клапан (не показан).

[00116] В другом альтернативном варианте реализации контур модифицирован для хранения определенного количества выхлопа и соединяет его с новым топливом во время процесса впуска. Было бы желательно, при переходе от такта выпуска к такту впуска, в целях контроля за видом и количеством побочных продуктов сгорания.

[00117] Тип контура, который может быть модифицирован, чтобы обеспечить внутреннюю рециркуляцию газа, похож на контур 242 на фиг. 17. Предусмотрена внутренняя поверхность отверстия 252, которая является полусферическим, что вместо того, чтобы ограничивать у отверстия 248 во внешней поверхности 250 контура, ограничивает внутри, в пределах контура, и захватывает отработанное горючее вещество. Таким образом, предварительно заданное количество выхлопных газов рекомбинируют с новым горючим веществом и используют для контроля температуры сгорания таким образом, чтобы снизить опасные загрязнители.

[00118] Кроме того, рециркуляция достигается перемещением или уменьшать размер отверстия выпуска, так что это не провод выпуска всего сжигаемого горючего (например, выходная площадь не может вместить поток выпускаемой массы), тем самым производя транспортировку остатка к новому горючему веществу во время впуска. Поршневой двигатель не способен выполнять это без использования дополнительных клапанов и сложного хронометража с использованием распределительного вала, как это известно для этой отрасли.

[00119] Фиг. 19 представляет покомпонентное изображение двухконтурного двигательного блока, включая исходный контур 30 и идентичный ему второй контур 260. Все аспекты выше первоначально раскрытого варианта реализации справедливы и для этого альтернативным варианта реализации. Результирующая структура является эквивалентом двух клапанного двигателя, хотя используется только одна камера.

[00120] Кроме того, с опорной пластиной 262, показанной на фиг. 20, описанный IDAR двигатель может быть использован за пределами технического класса двигателей внутреннего сгорания. IDAR технология имеет гораздо более предпочтительную механическую передачу в крутящий момент, чем в поршневой технологии с подобным смещением. Осуществляется вывод большей полезной работы на единицу смещения по сравнению с поршневыми технологии. В связи с этим, используя только IDAR такт расширения (горение, без искры индуцируемая вспышка) и IDAR такт выпуска, поддерживающие такты впуска и сжатия происходят во внешнем, но связанном устройстве, что повышает общую эффективность. Кроме того, при таком применении, по причине движения контура по-прежнему относительно всего изолированного элемента, такты впуска и сжатия в технологии IDAR могут быть использованы как вторичные относящиеся к IDAR технологии такты расширения и сжатия в одной камере.

[00121] Технически, эти применения используют только IDAR такты расширения и выпуска для обеспечения двигателей внешнего сгорания или силовых станций на сжатом воздухе вместо двигателей внутреннего сгорания. Воздух под высоким давлением или другое горючее вещество поступает из внешних, но соединенных устройств для осуществления движения контуров.

[00122] Для достижения такой альтернативной конфигурации опорная пластина 262 включает два отверстия 264, 266 впуска, которые могут быть одинаковыми по размеру с отверстиями для свеч зажигания, которые обеспечивают порты для трубок поставки воздуха под высоким давлением, который обеспечивает такт расширения. Также показаны два отверстия 266, 268 выпуска, которые имеют место в конце такта расширения. Отверстия выпуска выполнены, как указано выше. Противоположные отверстия расположены по существу на противоположных периферийных краях изолированного элемента, позволяя выполнять два полных приложений расширения и выпуска для каждого полного оборота контура внутри камеры.

[00123] Другими словами, поскольку нет впуска и сжатия, происходящих в двигателе (высокое сжатие воздуха осуществляется вне двигателя и другими средствами) эти два татка используются для удвоения в качестве второй такт расширения и выпуска. Для каждых 360 градусов вращения контур будет выполнить два такта расширения и два такта выпуска.

[00124] Фиг. 21 представляет собой альтернативный контур 270 и альтернативную переднюю пластину 272 по причинам, рассмотренным далее. В первом раскрытом контуре 30 подшипники 178, 180, на противоположных периферийных концах 162, 164 контура 30, выступают наружу от передней стороны контура 40 на том же расстоянии, и они имеют тот же внешний диаметр. Подшипники 178, 180 выступают за внешний край 56 передней пластины, который имеет равномерный радиальный внешний профиль 56.

[00125] Противоположные периферийные края 162, 164 контура не двигаются по точно такой же траектории относительно внешней поверхности 58 изолированного элемента из-за асимметричной формы изолированного элемента 28. Их небольшое смещение по отношению к внешней поверхности изолированного элемента, при вращении контура вращается вокруг изолированного элемента, требует того, чтобы герметизирующие элементы верхней части двигались внутрь или наружу для регулировки незначительных различий.

[00126] Чтобы свести к минимуму нежелательное перемещения герметизирующих элементов верхней части на периферийных противоположных краях контура 274, 276, имеются подшипники 278, 280, которые выполнены с взаимно характерными признаками. А именно, подшипник 278 в ведущем периферийном крае 274 контура 270 выступает дальше от передней стороны 282 контура 270 и имеет больший наружный диаметр, чем подшипник 280 на заднем периферийном крае 276 контура 270.

[00127] Чтобы получить эти подшипники 278, 280, внешний край 282 передней пластины 282 имеет два различных внешних профиля 284, 286, а именно, внешний профиль 284 и внутренний профиль 286. Внешний профиль 284 ближе к задней стороне передней пластины, а внутренний профиль 286 ближе к передней стороне 288 передней пластины.

[00128] Внешний профиль 284 передней пластины радиально больше, чем внутренний профиль 286 передней пластины, а внешний профиль 284 выполнен для отслеживания траектории подшипника 280 заднего края. В свою очередь, внутренний профиль 286 выполнен для отслеживания траектории подшипника 278 ведущего края.

[00129] Внешние диаметры ведущего 278 и заднего 280 краевых подшипников выполнены с возможностью установки у соответствующих профилей 286, 284. Стержень 290 ведущего подшипника 178 достаточно длинен и достаточно узок для размещения подшипника 278 по отношению к внутреннему профилю 286 без контакта с внешним профилем 284 передней пластины 272.

[00130] Следует отметить, что не важно, какой подшипник 278, 280, имеет более длинный стержень. В этом варианте реализации только важно, что передняя пластина имеет профили внешнего края, которые могут принимать соответствующие подшипники, и, что профили отслеживают траекторию, по которой перемещаются соответствующие подшипники 278, 280. Это позволит свести к минимуму или предотвратить нежелаемые перемещения контура 270 во время такта сгорания.

[00131] В целом, выше описанные варианты реализации обеспечивают возможность размещения одного или более роликового подшипника вдоль стороны подвижного контура таким образом, чтобы подшипники могли постоянно контактировать с внешней поверхностью передней пластины для осуществления поворота контур в камерной области при вращении контура вокруг неподвижного изолированного элемента.

[00132] Камера сгорания выполнена в виде несколько частей, которые последовательно расположены в виде слоев так, чтобы формировать целый IDAR двигатель, и каждый слой выровнен в соответствии посредством выравнивающих штырей или коннекторов.

[00133] В одном из раскрытых вариантов реализации отверстие впуска подается через ряд небольших отверстий по периметру изолированного элемента, которые связаны с большим отверстием, проходящим через корпус изолированного элемента и из задней части камеры. В этом варианте реализации размещение цилиндрового клапана в задней части камеры и корпусе изолированного элемента, обеспечивает соединение и управление потоком впуска через отверстия впуска, сконфигурированные согласно изолированному элементу.

[00134] В другом раскрытом варианте реализации размещение вращательного клапана с прикрепленной стержневой частью, который проходит через заднюю часть камеры и корпус изолированного элемента, обеспечивает соединение и управление потоком впуска через впускные отверстия, сконфигурированные согласно изолированному элементу.

[00135] В другом раскрытом варианте реализации, конфигурация двигателя с одной или более свечами зажигания, установленными в подвижных контурах с соединительным узлом к свече зажигания, присоединенной к антенне, которая собирает спланированную по времени энергию искры при своем перемещении по соседней области относительно к стационарному высоковольтному проводнику.

[00136] В раскрытых вариантах реализации используются герметизирующие элементы верхней части, которые контактируют с поверхностью передней панелью и опорной панели.

[00137] В одном из вариантов реализации на задней стороне камеры двигателя установлен лепестковый клапан над отверстием выпуска для осуществления открытия и закрытия этого отверстия.

[00138] В другом раскрыты варианте поворотный клапан устанавливается на задней стороне камеры двигателя в выхлопной порт для осуществления открытия и закрытия выхлопного отверстия.

[00139] В другом раскрытом варианте реализации удаляется часть поверхности вогнутого контура, которая обращена к поверхности изолированного элемента, для осуществления процесса внутренней рециркуляции газов непосредственно между тактами впуска и выпуска.

[00140] Таким образом, была показана технологи я усовершенствования асимметричного роторного двигателя обратного смещения (IDAR) и внутреннего сгорания. Также описаны конструктивные улучшения камеры двигателя, которые упрощают процессы сборки и улучшить допуски в двигателе. Кроме того, описаны улучшение конфигурации контура, снимающие нагрузку на боковые герметизирующие элементы и герметизирующие элементы верхней части и улучшающие механизм сжатия в двигателе, функциональную воспроизводимость и срок службы двигателя. Также рассмотрены усовершенствования конструкции выводящих отверстий, как впускных и выпускных, и совместимая конструкция клапана для повышения производительности каждого такта.

[00141] В другой рассмотренной конфигурации IDAR технологии было раскрыто расширение использования с привлечением других технологий, таких как IDAR функции в качестве силовой установки, в то время как существующие технологии обеспечивают источники воздуха с высоким давлением или смеси горючего вещества и воздуха для IDAR силовых установок. В этом случае устройство согласно IDAR технологии действует как силовая установка внешнего сгорания, например, работающая на сжатом воздухе, вместо двигателя внутреннего сгорания.

[00142] Хотя выше было раскрыто несколько вариантов реализации настоящего изобретения, данное изобретение не должны быть ограничено ими. Фактически, следует понимать, что специалисты в данной области техники будет иметь возможность разработать многочисленные варианты, которые, хотя специально не показаны или не описаны, можно воплотить по принципам настоящего изобретения и которые попадет под его объем. Модификации раскрытых выше вариантов очевидны для специалистов в данной области техники, но это не должно привести к вариантам модифицирования изобретения, находящимся за пределами объема изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения.

Реферат

Изобретение относится к роторному двигателю. Асимметричный роторный двигатель содержит камеру. Камера содержит неподвижный изолированный элемент, переднюю пластину, подвижный профильный элемент вогнутой формы и по меньшей мере один взаимодействующий с передней пластиной подшипник. Изолированный элемент имеет внешнюю поверхность и удлиненную выпуклую форму и включает канал коленчатого вала. Канал коленчатого вала расположен на расстоянии от центра указанного изолированного элемента. Передняя пластина присоединена к передней поверхности изолированного элемента и снабжена направляющим краем. Профильный элемент смещен в направлении внешней поверхности изолированного элемента и выполнен с возможностью вращения вокруг изолированного элемента с образованием рабочего объема камеры между внутренней поверхностью профильного элемента и внешней поверхностью изолированного элемента. Подшипник проходит от передней поверхности подвижного профильного элемента и над направляющим краем передней пластины. Взаимодействующий с передней пластиной подшипник выполнен с возможностью взаимодействия с указанным направляющим краем. Техническим результатом является повышение эффективности и облегчение производства двигателя. 24 з.п. ф-лы, 21 ил.

Формула

1. Асимметричный роторный двигатель, содержащий камеру, в свою очередь содержащую
неподвижный изолированный элемент, имеющий внешнюю поверхность и удлиненную выпуклую форму и включающий канал коленчатого вала, расположенный на расстоянии от центра указанного изолированного элемента,
переднюю пластину, присоединенную к передней поверхности указанного изолированного элемента и снабженную направляющим краем,
подвижный профильный элемент вогнутой формы, смещенный в направлении внешней поверхности изолированного элемента и выполненный с возможностью вращения вокруг изолированного элемента с образованием рабочего объема камеры между внутренней поверхностью профильного элемента и внешней поверхностью изолированного элемента,
и по меньшей мере один взаимодействующий с передней пластиной подшипник, проходящий от передней поверхности подвижного профильного элемента и над направляющим краем передней пластины, при этом взаимодействующий с передней пластиной подшипник выполнен с возможностью взаимодействия с указанным направляющим краем.

2. Двигатель по п. 1, в котором профильный элемент включает два взаимодействующих с передней пластиной подшипника, расположенных на соответствующих противоположных периферических краях профильного элемента.

3. Двигатель по п. 2, в котором два указанных подшипника содержат подшипник ведущего края и подшипник заднего края, причем один из подшипников проходит дальше от передней поверхности подвижного профильного элемента, чем другой подшипник, а передняя пластина содержит два направляющих края с различными профилями, при этом первый из направляющих краев контактирует с одним из подшипников, а второй из направляющих краев — с другим из указанных подшипников.

4. Двигатель по п. 2, в котором камера дополнительно содержит
обод с внутренней поверхностью, причем по меньшей мере часть изолированного элемента и профильного элемента расположены в пределах внутренней поверхности обода,
подшипник для взаимодействия с внутренней поверхностью обода, проходящий от внешней поверхности подвижного профильного элемента,
причем внутренняя поверхность обода имеет такую форму, чтобы смещать профильный элемент в направлении изолированного элемента, посредством чего взаимодействующий с передней пластиной подшипник взаимодействует с направляющим краем.

5. Двигатель по п. 4, дополнительно содержащий опорную пластину, включающую отверстие впуска и отверстие выпуска, причем отверстие выпуска имеет дугообразную форму, заданную по меньшей мере частично проекцией профильного элемента на опорную пластину, когда рабочий объем находится в такте выпуска.

6. Двигатель по п. 5, в котором отверстие впуска имеет дугообразную форму, заданную по меньшей мере частично проекцией профильного элемента на опорную пластину, когда рабочий объем находится в такте впуска.

7. Двигатель по п. 5, в котором в пластине выполнено два упомянутых отверстия впуска и два упомянутых отверстия выпуска, причем отверстия впуска и выпуска выполнены у периферийных краев изолированного элемента на противоположных сторонах.

8. Двигатель по п. 7, приводимый в действие сжатым воздухом.

9. Двигатель по п. 7, в котором отверстия впуска выполнены с обеспечением возможности управления потоком горючего вещества.

10. Двигатель по п. 7, в котором опорная пластина соединена с дополнительной опорной пластиной, при этом в дополнительной опорной пластине выполнены отверстия впуска.

11. Двигатель по п. 6, в котором подвижный профильный элемент дополнительно содержит
боковые герметизирующие элементы, взаимодействующие с поверхностями передней пластины и опорной пластины, и
герметизирующие элементы верхней части, расположенные на периферийной поверхности профильного элемента и взаимодействующие с поверхностями изолированного элемента и передней пластины.

12. Двигатель по п. 11, в котором герметизирующие элементы верхней части выполнены из чугуна.

13. Двигатель по п. 6, в котором опорная пластина включает отверстие для размещения свечи зажигания, расположенное в области, в которой происходит такт сжатия.

14. Двигатель по п. 4, в котором подвижный профильный элемент включает отверстие для размещения свечи зажигания, выходящее на внутреннюю поверхность профильного элемента таким образом, что электроды свечи зажигания входят в рабочий объем.

15. Двигатель по п. 4, включающий
клапанный канал, выполненный в изолированном элементе, и
цилиндрический щелевой клапан, установленный с возможностью вращения в клапанном канале таким образом, что горючее вещество выборочно доставляется в рабочий объем.

16. Двигатель по п. 15, в котором указанный цилиндрический щелевой клапан включает зубчатый диск, который выполнен с возможностью зацепления прямо или опосредованно с коленчатым валом в канале коленчатого вала, посредством чего ход профильного элемента в камере обеспечивает поворот цилиндрического щелевого клапана для выборочной доставки горючего вещества в рабочий объем.

17. Двигатель по п. 6, включающий клапанное отверстие в изолированном элементе и вращающийся клапан, установленный с возможностью вращения в указанном клапанном отверстии с обеспечением открытия и закрытия отверстия впуска.

18. Двигатель по п. 17, в котором вращающийся клапан включает диск, имеющий отверстия, расположенный напротив поверхности опорной пластины с обеспечением перекрытия поверхностью диска отверстия впуска.

19. Двигатель по п. 18, в котором вращающийся клапан включает зубчатый диск, который выполнен с возможностью зацепления прямо или опосредованно с коленчатым валом в канале коленчатого вала, посредством чего ход профильного элемента в камере обеспечивает поворот вращающегося клапана с обеспечением открытия и закрытия отверстия впуска.

20. Двигатель по п. 4, в котором профильный элемент включает рециркуляционное отверстие для обеспечения рециркуляции отработавшего газа.

21. Двигатель по п. 6, дополнительно включающий управляющий клапан, расположенный в отверстии выпуска на опорной пластине для герметизации отверстия выпуска, за исключением случая нахождения двигателя в такте выпуска.

22. Двигатель по п. 21, в котором управляющий клапан представляет собой лепестковый клапан.
23. Двигатель по п. 21, в котором управляющий клапан представляет собой вращающийся клапан.
24. Двигатель по п. 4, содержащий подвижные профильные элементы.

25. Двигатель по п. 6, в котором поверхность опорной пластины и внешняя поверхность обода имеют одинаковую форму.

Документы, цитированные в отчёте о поиске

Обращенный асимметричный роторный двигатель с непрерывно действующим крутящим моментом

Асимметричный двигатель что это

Конструкция однофазного двигателя

Статор имеет две обмотки, расположенные под углом 90° относительно друг друга. Основная обмотка называется главной (рабочей) и обычно занимает 2/3 пазов сердечника статора, другая обмотка называется вспомогательной (пусковой) и обычно занимает 1/3 пазов статора.

Двигатель фактически является двухфазным, но так как рабочей является только одна обмотка, электродвигатель называют однофазным.

Ротор обычно представляет из себя короткозамкнутую обмотку, также из-за схожести называемой «беличьей клеткой». Медные или алюминиевые стержни которого с торцов замкнуты кольцами, а пространство между стержнями чаще всего заливается сплавом алюминия. Так же ротор однофазного двигателя может быть выполнен в виде полого немагнитного или полого ферромагнитного цилиндра.

Обмотки однофазного двигателя

Принцип работы однофазного асинхронного двигателя

Для того чтобы лучше понять работу однофазного асинхронного двигателя, давайте рассмотрим его только с одним витком в главной и вспомогательной обмотки.

Обмотки асинхронного двигателя

Рассмотрим случай когда в вспомогательной обмотки не течет ток. При включении главной обмотки статора в сеть, переменный ток, проходя по обмотке, создает пульсирующее магнитное поле, неподвижное в пространстве, но изменяющееся от +Ф_mах до -Ф_mах.

Магнитное поле витка

Если поместить ротор, имеющий начальное вращение, в пульсирующее магнитное поле, то он будет продолжать вращаться в том же направлении.

Чтобы понять принцип действия однофазного асинхронного двигателя разложим пульсирующее магнитное поле на два одинаковых круговых поля, имеющих амплитуду равную Ф_mах/2 и вращающихся в противоположные стороны с одинаковой частотой:

где n_пр – частота вращения магнитного поля в прямом направлении, об/мин,
n_обр – частота вращения магнитного поля в обратном направлении, об/мин,
f₁ – частота тока статора, Гц,
p – количество пар полюсов,
n₁ – скорость вращения магнитного потока, об/мин

Разложение пульсирующего магнитного потока

Действие пульсирующего поля на вращающийся ротор

Рассмотрим случай когда ротор, находящийся в пульсирующем магнитном потоке, имеет начальное вращение. Например, мы вручную раскрутили вал однофазного двигателя, одна обмотка которого подключена к сети переменного тока. В этом случае при определенных условиях двигатель будет продолжать развивать вращающий момент, так как скольжение его ротора относительно прямого и обратного магнитного потока будет неодинаковым.

Будем считать, что прямой магнитный поток Ф_пр, вращается в направлении вращения ротора, а обратный магнитный поток Ф_обр — в противоположном направлении. Так как, частота вращения ротора n₂ меньше частоты вращения магнитного потока n₁, скольжение ротора относительно потока Ф_пр будет:

где s_пр – скольжение ротора относительно прямого магнитного потока,
n₂ – частота вращения ротора, об/мин,
s – скольжение асинхронного двигателя

Магнитное поле однофазного двигателя

Магнитный поток Ф_обр вращается встречно ротору, частота вращения ротора n₂ относительно этого потока отрицательна, а скольжение ротора относительно Ф_обр

где s_обр – скольжение ротора относительно обратного магнитного потока

Магнитное поле пронизывающее ротор

Ток ротора асинхронного двигателя

Согласно закону электромагнитной индукции прямой Ф_пр и обратный Ф_обр магнитные потоки, создаваемые обмоткой статора, наводят в обмотке ротора ЭДС , которые соответственно создают в короткозамкнутом роторе токи I_2пр и I_2обр. При этом частота тока в роторе пропорциональна скольжению, следовательно:

где f_2пр – частота тока I_2пр наводимого прямым магнитным потоком, Гц

где f_2обр – частота тока I_2обр наводимого обратным магнитным потоком, Гц

Таким образом, при вращающемся роторе, электрический ток I_2обр, наводимый обратным магнитным полем в обмотке ротора, имеет частоту f_2обр, намного превышающую частоту f_2пр тока ротора I_2пр, наведенного прямым полем.

Магнитный момент действующий на ротор

Согласно закону Ампера, в результате взаимодействия электрического тока I_2пр с магнитным полем Ф_пр возникает вращающий момент

где M_пр – магнитный момент создаваемый прямым магнитным потоком, Н∙м,
с_M — постоянный коэффициент, определяемый конструкцией двигателя

Электрический ток I_2обр, взаимодействуя с магнитным полем Ф_обр, создает тормозящий момент М_обр, направленный против вращения ротора, то есть встречно моменту М_пр:

где M_обр – магнитный момент создаваемый обратным магнитным потоком, Н∙м

Результирующий вращающий момент, действующий на ротор однофазного асинхронного двигателя,

Тормозящее действие обратного поля

При работе однофазного двигателя в пределах номинальной нагрузки, то есть при небольших значениях скольжения s = s_пр, крутящий момент создается в основном за счет момента М_пр. Тормозящее действие момента обратного поля М_обр — незначительно. Это связано с тем, что частота f_2обр много больше частоты f_2пр, следовательно, индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора х_2обр = x₂s_обр току I_2обр намного больше его активного сопротивления. Поэтому ток I_2обр, имеющий большую индуктивную составляющую, оказывает сильное размагничивающее действие на обратный магнитный поток Ф_обр, значительно ослабляя его.

где r₂ — активное сопротивление стержней ротора, Ом,
x_2обр — реактивное сопротивление стержней ротора, Ом.

Если учесть, что коэффициент мощности невелик, то станет, ясно, почему М_обр в режиме нагрузки двигателя не оказывает значительного тормозящего действия на ротор однофазного двигателя.

Моменты сил действующие на неподвижный ротор

Моменты сил действующие на вращающийся ротор

Действие пульсирующего поля на неподвижный ротор

При неподвижном роторе (n₂ = 0) скольжение s_пр = s_обр = 1 и М_пр = М_обр, поэтому начальный пусковой момент однофазного асинхронного двигателя М_п = 0. Для создания пускового момента необходимо привести ротор во вращение в ту или иную сторону. Тогда s ≠ 1, нарушается равенство моментов М_пр и М_обр и результирующий электромагнитный момент приобретает некоторое значение .

Пуск однофазного двигателя. Как создать начальное вращение?

Одним из способов создания пускового момента в однофазном асинхронном двигателе, является расположение вспомогательной (пусковой) обмотки B, смещенной в пространстве относительно главной (рабочей) обмотки A на угол 90 электрических градусов. Чтобы обмотки статора создавали вращающееся магнитное поле токи I_A и I_B в обмотках должны быть сдвинуты по фазе относительно друг друга. Для получения фазового сдвига между токами I_A и I_B в цепь вспомогательной (пусковой) обмотки В включают фазосмещающий элемент, в качестве которого используют активное сопротивление (резистор), индуктивность (дроссель) или емкость (конденсатор) [1].

После того как ротор двигателя разгонится до частоты вращения, близкой к установившейся, пусковую обмотку В отключают. Отключение вспомогательной обмотки происходит либо автоматически с помощью центробежного выключателя, реле времени, токового или дифференциального реле, или же вручную с помощью кнопки.

Таким образом, во время пуска двигатель работает как двухфазный, а по окончании пуска — как однофазный.

Подключение однофазного двигателя

С пусковым сопротивлением

Двигатель с расщепленной фазой — однофазный асинхронный двигатель, имеющий на статоре вспомогательную первичную обмотку, смещенную относительно основной, и короткозамкнутый ротор [2].

Однофазный асинхронный двигатель с пусковым сопротивлением — двигатель с расщепленной фазой, у которого цепь вспомогательной обмотки отличается повышенным активным сопротивлением.

Схема однофазного двигателя с пусковым сопротивлением

Однофазный двигатель с разным сопротивлением обмоток

Для запуска однофазного двигателя можно использовать пусковой резистор, который последовательно подключается к пусковой обмотки. В этом случае можно добиться сдвига фаз в 30° между токами главной и вспомогательной обмотки, которого вполне достаточно для пуска двигателя. В двигателе с пусковым сопротивлением разность фаз объясняется разным комплексным сопротивлением цепей.

Также сдвиг фаз можно создать за счет использования пусковой обмотки с меньшей индуктивностью и более высоким сопротивлением. Для этого пусковая обмотка делается с меньшим количеством витков и с использованием более тонкого провода чем в главной обмотке.

Отечественной промышленностью изготавливается серия однофазных асинхронных электродвигателей с активным сопротивлением в качестве фазосдвигающего элемента серии АОЛБ мощностью от 18 до 600 Вт при синхронной частоте вращения 3000 и 1500 об/мин, предназначенных для включения в сеть напряжением 127, 220 или 380 В, частотой 50 Гц.

С конденсаторным пуском

Двигатель с конденсаторным пуском — двигатель с расщепленной фазой, у которого цепь вспомогательной обмотки с конденсатором включается только на время пуска.

Схема однофазного двигателя с пусковым конденсатором

Среди фазосдвигающих элементов, только конденсатор позволяет добиться наилучших пусковых свойств однофазного асинхронного электродвигателя.

Двигатели в цепь которых постоянно включен конденсатор используют для работы две фазы и называются — конденсаторными. Принцип действия этих двигателей основан на использовании вращающегося магнитного поля.

Однофазный электродвигатель с экранированными полюсами

Двигатель с экранированными полюсами — двигатель с расщепленной фазой, у которого вспомогательная обмотка короткозамкнута.

Статор однофазного асинхронного двигателя с экранированными полюсами обычно имеет явно выраженные полюса. На явно выраженных полюсах статора намотаны катушки однофазной обмотки возбуждения. Каждый полюс статора разделен на две неравные части аксиальным пазом. Меньшую часть полюса охватывает короткозамкнутый виток. Ротор однофазного двигателя с экранированными полюсами — короткозамкнутый в виде «беличьей» клетки.

При включении однофазной обмотки статора в сеть в магнитопроводе двигателя создается пульсирующий магнитный поток. Одна часть которого проходит по неэкранированной Ф’, а другая Ф» — по экранированной части полюса. Поток Ф» наводит в короткозамкнутом витке ЭДС E_k, в результате чего возникает ток I_k отстающий от E_k по фазе из-за индуктивности витка. Ток I_k создает магнитный поток Ф_k, направленный встречно Ф», создавая результирующий поток в экранированной части полюса Ф_э=Ф»+Ф_k. Таким образом, в двигателе потоки экранированной и неэкранированной частей полюса сдвинуты во времени на некоторый угол.

Пространственный и временной углы сдвига между потоками Ф_э и Ф’ создают условия для возникновения в двигателе вращающегося эллиптического магнитного поля, так как Ф_э ≠ Ф’.

Пусковые и рабочие свойства рассматриваемого двигателя невысоки. КПД намного ниже, чем у конденсаторных двигателей такой же мощности, что связано со значительными электрическими потерями в короткозамкнутом витке.

Однофазный электродвигатель с асимметричным магнитопроводом статора

Однофазный асинхронный двигатель с асимметричным магнитопроводом статора

Статор такого однофазного двигателя выполняется с ярко выраженными полюсами на не симметричном шихтованном сердечнике. Ротор — короткозамкнутый типа «беличья клетка».

Данный электродвигатель для работы не требует использования фазосдвигающих элементов. Недостатком данного двигателя является низкий КПД.

Что такое асимметричный двигатель

Аналогично находится результирующий момент от сил инерции второго порядка. Многоугольник моментов P _II l _i в этом случае строится по схеме фиктивного расположения мотылей (см. рис. 155).

Проекция на вертикальную ось замыкающего момента многоугольника моментов P _II l _i равна действительному значению неуравновешенного момента P _II l _i от сил инерции второго порядка. Направление его определяется путем поворота замыкающего вектора на 90° в сторону вращения вала двигателя.

На рис. 157 приведен многоугольник моментов P _II l _i рассматриваемого двигателя, замыкающая которого равна М _II = 2 ?3 l Р _II , где l — расстояние между осями соседних цилиндров.

Изменение величин сил инерции первого и второго порядков и их моментов за один оборот мотылей происходит по косинусоидам, при этом продолжительность периода изменения сил и моментов второго порядка будет в два раза меньше. Сложение ординат кривых изменения моментов от сил инерции первого и второго порядков позволяет получить кривую изменения результирующего опрокидывающего момента за один оборот вала, действующего в вертикальной плоскости, проходящей вдоль оси вала.

Если равнодействующая сил инерции какого-либо порядка или равнодействующий момент сил инерции равны нулю у однорядного двигателя, то они равны нулю и у многорядного двигателя с одинаковыми числами цилиндров и расположением колен вала (при условии, что главные к прицепные шатуны у всех колен расположены одинаково).

Рассмотрение уравнений (230) — (237) позволяет установить необходимые условия достижения уравновешивания двигателя. На уравновешенность двигателя влияют: число цилиндров, угол между мотылями коленчатого вала и наличие у двигателя вспомогательных цилиндров (цилиндры продувочного насоса).

Чем больше число цилиндров, тем лучше двигатель может быть уравновешен. Так, например, четырехцилиндровый четырехтактный двигатель имеет неуравновешенную равнодействующую сил инерции второго порядка, равную R ₂ = 4Р _II , а шестицилиндровый четырехтактный двигатель

имеет силы инерции первого и второго порядков и их моменты полностью уравновешенными.

Угол между мотылями коленчатого вала выбирается из условия достижения наиболее равномерного вращения вала, а потому степень уравновешенности зависит только от числа цилиндров. При наличии вспомогательных цилиндров, присоединенных к двигателю, неуравновешенные силы инерции и моменты двигателя направляются в противоположную сторону неуравновешенным силам инерции и их моментам вспомогательных цилиндров, что позволяет уменьшить неуравновешенность двигателя в целом.

Уравновешивание центробежной силы эксцентрично вращающихся масс достигается противовесами, присоединенными к щекам мотыля. При этом приведенная масса противовесов должна быть равна приведенной массе вращающихся частей одного цилиндра:

Здесь все обозначения были введены ранее.

Делая массу противовесов равной массе поступательного движущихся и вращающихся частей, можно получить уравновешивание и силы инерции первого порядка от поступательно движущихся масс, но одновременно с этим возникает горизонтальная сила инерции, равная силе инерции первого порядка от поступательно движущихся масс.

Следует заметить, что уравновешивание двухтактных двигателей представляет некоторые трудности по сравнению с четырехтактными. Достижение равномерного вращения вала не позволяет в двухтактном двигателе иметь такое расположение мотылей вала, которое обеспечивало бы наиболее лучшее уравновешивание двигателя.

Для уравновешивания сил инерции поступательно движущихся масс быстроходных двигателей иногда применяют устройство, показанное на рис. 158. Два параллельных вала О ₁ и О ₂ , расположенные в корпусе двигателя, вращаются в противоположных направлениях. На валах эксцентрично закреплены одинаковые массы m? на равном расстоянии от осей валов r’. Углы наклона ? масс к вертикальным осям одинаковы. Вертикальные составляющие центробежных сил инерции указанных масс равны m? r?? 2 ?cos ?; складываясь, они дают вертикальную равнодействующую 2m? r?? 2 ?cos ?. Здесь имеется в виду, что валы O ₁ и O ₂ вращаются с угловой скоростью со. Таким образом, наличие этого устройства позволяет полностью уравновесить силу инерции первого порядка при условии:

Горизонтальные составляющие центробежной силы инерции т’r’? 2 ?sin ? направлены навстречу друг другу, а потому взаимно уравновешиваются.

Неуравновешенность двигателей с расходящимися поршнями значительно меньше, чем двигателей с одним поршнем в цилиндре. Двигатели с расходящимися поршнями с одним коленчатым валом имеют полностью уравновешенные силы инерции первого порядка, но силы инерции второго порядка при этом суммируются и обычно достигают значительной величины. Если у двигателя с расходящимися поршнями два коленчатых вала (т. е. когда верхний поршень кинематически связан с верхним коленчатым валом, а нижний поршень — с нижним валом и смещение мотылей 180°), то силы инерции и первого и второго порядка взаимно уравновешиваются.

Значения неуравновешенных сил инерции и их моментов являются исходными данными для расчета колебаний корпуса судна или колебаний самого двигателя, если он поставлен на упругих опорах (амортизаторах). Для суждения о допустимой степени неуравновешенности двигателя пользуются безразмерными величинами [4]:

Выполненные расчеты показывают, что можно считать двигатель хорошо уравновешенным, если ??0,002; ??0,002, и плохо уравновешенным, если ? ?0,01; ??0,01.

Применяя рассмотренный метод проверки уравновешенности сил инерции и их моментов, можно в зависимости от числа цилиндров и от угла между мотылями определить степень неуравновешенности двигателя. В табл. 9 приведены данные по уравновешенности различных двигателей, имеющих одинаковые значения всех цилиндров, движущихся масс и расстояний l между цилиндрами. Углы между мотылями удовлетворяют условию наибольшей равномерности вращения вала. Как видно из табл. 9, четырехтактные двигатели с числом цилиндров 6 и 8 имеют силы инерции первого и второго порядка и моменты уравновешенные. У двухтактных двигателей (без учета цилиндров вспомогательных механизмов) с числом цилиндров 4—6—8 уравновешены только силы инерции первого и второго порядка (при числе цилиндров 6 они имеют дополнительно уравновешенные моменты сил первого порядка).

5.2. Устройство асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель состоит из двух основных частей, разделенных воздушным зазором: неподвижного статора и вращающегося ротора. Каждая из этих частей имеет сердечник и обмотку. При этом обмотка статора включается в сеть и является как бы первичной, а обмотка ротора — вторичной, так как энергия в нее поступает из обмотки статора за счет магнитной связи между этими обмотками.

По своей конструкции асинхронные двигатели разделяются на два вида: двигатели с короткозамкнутым ротором и двигатели с фазным ротором. Рассмотрим устройство трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (рис.5.2). Двигатели этого вида имеют наиболее широкое применение.

Рис.5.2. Устройство трехфазного асинхронного двигателя

с короткозамкнутым ротором:

1 — вал; 2, 6 — подшипники; 3, 7 — подшипниковые щиты; 4 — коробка выводов;

5 — вентилятор; 8 — кожух вентилятора; 9 — сердечник ротора с короткозамкну-

той обмоткой; 10 — сердечник статора с обмоткой; 11 — корпус; 12 — лапы

Неподвижная часть двигателя — статор — состоит из корпуса // и сердечника 10 с трехфазной обмоткой. Корпус двигателя отливают из алюминиевого сплава или из чугуна либо делают сварным. Рассматриваемый двигатель имеет закрытое обдуваемое исполнение. Поэтому поверхность его корпуса имеет ряд продольных ребер, назначение которых состоит в том, чтобы увеличить поверхность охлаждения двигателя.

В корпусе расположен сердечник статора 10, имеющий шихтованную конструкцию: отштампованные листы из тонколистовой электротехнической стали толщиной обычно 0,5 мм покрыты слоем изоляционного лака, собраны в пакет и скреплены специальными скобами или продольными сварными швами по наружной поверхности пакета. Такая конструкция Сердечника способствует значительному уменьшению вихревых токов, возникающих в процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем. На внутренней поверхности сердечника статора имеются продольные пазы, в которых расположены пазовые части обмотки статора, соединенные в определенном порядке лобовыми частями, находящимися за пределами сердечника по его торцовым сторонам. Конструкция короткозамкнутого ротора приведена на рис.5.3.

Рис.5.3. Конструкция короткозамкнутого ротора: а — беличья клетка; б — ротор с медной стержневой обмоткой; в — ротор с алюминиевой литой обмоткой;

1 — сердечник ротора; 2 — стержни; 3 — замыкающие кольца;

4 — лопасти вентилятора

Обмотка статора асинхронного электродвигателя может быть соединена звездой или треугольником. Схемы соединения представлены на рис.5.4

Рис.5.4. Схемы соединения выводов трехфазных обмоток электродвигателя:

а — звезда; б — треугольник

5.3. Принцип образования вращающегося магнитного поля

Принцип образования вращающегося магнитного поля рассмотрим на примере простейшей трехфазной двухполюсной обмотки, каждая фаза которой состоит из одной секции, фазы обмотки соединены звездой (рис.5.5). При этом секции тока в фазных обмотках (по времени) относительно друг друга на электрический угол 120° (рис.5.5, б). Проведем ряд построений вектора МДС трехфазной обмотки F_m, соответствующих различным моментам времениt_0, t_1, t₂,t₃отмеченным на графике рис.5.5, б.

В момент времени t₀ток в фазе А равен 0, в фазе В ток имеет отрицательное, а в фазе С — положительное направления. Эти направления тока отмечаем на рис.5.5, б в сечениях обмоток статора для данного момента времени. При этом следует помнить, что за положительное направление тока

Рис.5.5. Получение вращающегося магнитного поля: а — трехфазная обмотка статора;

б — вращение МДС; в — модель магнитного поля статора;

1-4 — обмотка фазы А; 3-6 — обмотка фазы В;

5—2 — обмотка фазы С (первая цифра — начало обмотки)

в фазной обмотке принимается направление тока от начала обмотки к ее концу и обозначается х, а, следовательно, отрицательное направление тока в обмотке соответствует направлению тока от конца к началу и обозначается •. Затем в соответствии с указанными на рис. 5, б направлениями токов определяем (по правилу буравчика) направление вектора МДС трехфазной обмотки статора (вектор F_mнаправлен вниз).

В момент времени t₁т.е. через (1/3) Т, ток в фазе В равен нулю, в фазе А имеет положительное, а в фазе С — отрицательное направление. Сделав построения, аналогичные моменту времени t₀, заметим, что вектор МДС обмотки статора F_mпо сравнению с его положением в момент времени t₀повернулся на 120° в направлении движения часовой стрелки.

Проведя аналогичные построения вектора МДС обмотки статора для момента t₂и t₃, видим, что каждый раз при переходе от одного момента времени к другому вектор F_mповорачивается на 120°, а за один период изменения токов в обмотках (с t₀до t₃) делает полный оборот (360°) и будет, таким образом, вращающимся. Вращающаяся МДС создает вращающееся магнитное поле, эквивалентное полю магнита N — S с индукцией Во (рис.5, в). Это поле вращается с синхронной частотойn₀которая пропорциональна частоте переменного токаfи обратно пропорциональна числу пар полюсов обмоток статора р, т.е.

Зависимость n₀ от р и f представлена в табл.5.2.

Критический двигатель — Critical engine

Критический двигатель из нескольких двигателей самолетов является двигателем , который, в случае выхода из строя, будет самым отрицательно влиять на производительность или обработку способности воздушного судна. На винтовых самолетах существует разница в оставшихся моментах рыскания после отказа левого или правого (подвесного) двигателя, когда все винты вращаются в одном направлении из-за P-фактора . На двухмоторных самолетах с ТРД и ТРД обычно нет разницы между моментами рыскания после отказа левого или правого двигателя в безветренную погоду.

Описание

Когда один из двигателей типичного многомоторного летательного аппарата выходит из строя, возникает дисбаланс тяги между работающей и неработающей сторонами летательного аппарата. Этот дисбаланс тяги вызывает несколько отрицательных эффектов в дополнение к потере тяги одного двигателя. Инженер-проектировщик отвечает за определение размера вертикального стабилизатора, который будет соответствовать нормативным требованиям к управлению и работе самолета после отказа двигателя, например, установленным Федеральным авиационным управлением и Европейским агентством авиационной безопасности . Летчик-испытатель и инженер-летчик во время испытаний определяют, какой из двигателей является критическим.

Факторы, влияющие на критичность двигателя

Асимметричный рыскание

Когда один двигатель выходит из строя, возникает рыскающий момент, который прикладывает к летательному аппарату вращающую силу, которая стремится повернуть его к крылу, на котором установлен отказавший двигатель. Момент качения может развиться из-за асимметрии подъемной силы в каждом крыле с большей подъемной силой, создаваемой крылом с работающим двигателем. Моменты рыскания и качения создают вращательные силы, которые имеют тенденцию к рысканию и крену самолета в сторону неисправного двигателя. Этой тенденции противодействует использование пилотом органов управления полетом , которые включают руль направления и элероны. Из-за P-фактора правый винт, вращающийся по часовой стрелке на правом крыле, обычно развивает свой результирующий вектор тяги на большем поперечном расстоянии от центра тяжести самолета, чем левый винт, вращающийся по часовой стрелке (Рисунок 1). Выход из строя левого двигателя приведет к увеличению момента рыскания работающего правого двигателя, а не наоборот. Поскольку работающий правый двигатель создает больший момент рыскания, пилоту потребуется использовать большие отклонения органов управления полетом или более высокую скорость, чтобы сохранить контроль над самолетом. Таким образом, отказ левого двигателя имеет большее влияние, чем отказ правого двигателя, и левый двигатель называется критическим двигателем. На самолетах с пропеллерами, вращающимися против часовой стрелки, таких как de Havilland Dove , критически важным двигателем будет правый двигатель.

Большинство летательных аппаратов с воздушными винтами, вращающимися в противоположных направлениях , не имеют критического двигателя, определяемого вышеупомянутым механизмом, потому что два гребных винта вращаются внутрь от вершины дуги; оба двигателя критичны. Некоторые самолеты, такие как Lockheed P-38 Lightning , специально имеют пропеллеры, которые вращаются наружу от вершины дуги, чтобы уменьшить турбулентность нисходящего воздуха, известную как поток вниз, на центральном горизонтальном стабилизаторе, что упрощает стрельбу из оружия с самолет. Оба этих двигателя важны, но более важны, чем пропеллеры, вращающиеся внутрь.

Самолет с воздушными винтами в двухтактной конфигурации , такой как Cessna 337 , может иметь критический двигатель, если отказ одного двигателя оказывает более сильное негативное влияние на управление воздушным судном или характеристики набора высоты, чем отказ другого двигателя. Отказ критически важного двигателя в самолете с воздушными винтами в двухтактной конфигурации обычно не вызывает больших моментов рыскания или качения.

Влияние критического двигателя на минимальную скорость управления

Стандарты и сертификаты, определяющие летную годность, требуют, чтобы производитель определил минимальную контрольную скорость (V _MC ), при которой пилот может сохранить управление самолетом после отказа критического двигателя, и опубликовал эту скорость в разделе руководства по летной эксплуатации самолета на ограничения. Опубликованные минимальные управляющие скорости (V _MC s) самолета измеряются, когда критический двигатель выходит из строя или не работает, поэтому влияние отказа критического двигателя включается в опубликованные V _MC s. Когда любой из других двигателей выходит из строя или не работает, фактическое значение V _MC, которое пилот испытывает в полете, будет немного ниже, что безопаснее, но это различие не задокументировано в руководстве. Критический двигатель — один из факторов, влияющих на V _MC самолета. Опубликованные V _MC безопасны независимо от того, какой двигатель вышел из строя или не работает, и пилотам не нужно знать, какой двигатель важен для безопасного полета. Критический двигатель определен в авиационных правилах для целей проектирования хвостового оперения, а для экспериментальных летчиков-испытателей — для измерения V _MC s в полете. Другие факторы, такие как угол крена и тяга, имеют гораздо большее влияние на V _MC, чем разница критического и некритического двигателя.

Airbus А400М имеет нетипичную конструкцию, так как он вращающихся в противоположных направлениях воздушных винтов на обоих крыльев. Пропеллеры на крыле вращаются в противоположных направлениях друг к другу: пропеллеры вращаются от вершины дуги вниз друг к другу. Если оба двигателя на крыле работают, смещение вектора тяги с увеличением угла атаки всегда происходит в сторону другого двигателя на том же крыле. Эффект состоит в том, что результирующий вектор тяги обоих двигателей на одном крыле не смещается при увеличении угла атаки самолета, пока работают оба двигателя. Общий P-фактор отсутствует, и отказ любого подвесного двигателя (например, двигателей 1 или 4) не приведет к разнице в величине оставшихся моментов рыскания тяги с увеличением угла атаки, только в направлении влево или вправо. Скорость минимального управления во время взлета ( V _MC ) и во время полета ( V _MCA ) после отказа либо одного из подвесных двигателей будет таким же , если повышение систем , которые могут потребоваться для управления самолетом установлены только на одном из подвесных двигателей . Оба подвесных двигателя будут иметь решающее значение.

При выходе из строя подвесного двигателя, такого как двигатель 1, показанный на рис. 2, моментное плечо вектора остаточной тяги на этом крыле перемещается из промежутка между двигателями к немного за пределы оставшегося внутреннего двигателя. Сам вектор составляет 50% противоположного вектора тяги. Результирующий момент рыскания тяги в этом случае намного меньше, чем при обычном вращении воздушного винта. Максимальный момент рыскания руля направления для противодействия асимметричной тяге может быть меньше, и, следовательно, размер вертикального оперения может быть меньше. Система флюгирования больших 8-лопастных гребных винтов диаметром 17,5 футов (5,33 м) должна быть автоматической, очень быстрой и безотказной, чтобы обеспечить минимально возможное сопротивление гребного винта после неисправности силовой установки. В противном случае отказ системы флюгирования подвесного двигателя приведет к увеличению лобового сопротивления винта, что, в свою очередь, значительно увеличивает рыскающий момент тяги, таким образом увеличивая фактическое значение V _{MC (A)} . Управляемая мощность, создаваемая одним лишь небольшим вертикальным оперением и рулем направления, мала из-за небольшой конструкции. Только быстрое уменьшение тяги встречного двигателя или увеличение скорости полета может восстановить необходимую мощность управления для поддержания прямого полета после отказа системы оперения. Разработка и утверждение системы оперения для этого самолета является сложной задачей для инженеров-конструкторов и сертификационных органов.

На самолетах с очень мощными двигателями проблема асимметричной тяги решается за счет применения автоматической компенсации асимметрии тяги, но это имеет последствия для взлетных характеристик.

Устранение

Рутан бумеранг является асимметричным самолетом разработан с двигателями с немного разными выходами мощности для производства самолета , что исключает опасность асимметричной тяги в случае отказа какого — либо из его двух двигателей.

Асинхронные и синхронные двигатели

Чтобы производственные механизмы работали с максимальной эффективностью, необходимо правильно подобрать электрический двигатель, который будет применяться в качестве привода. В этой статье мы рассмотрим, чем отличаются асинхронные и синхронные двигатели с точки зрения конструктивных особенностей, функциональности и экономичности.

Асинхронные и синхронные двигатели: устройство

Электрические двигатели представляют собой агрегаты для преобразования электроэнергии в энергию механическую. Основу конструкции двигателя (как синхронного, так и асинхронного типа) составляют следующие элементы:

неподвижный (статор);
вращающийся (ротор).

Статоры электродвигателей обеих категорий имеют схожий принцип устройства. В специальные пазы (осевые прорези) уложены токонесущие проводки из меди или алюминия. Функцией статора является создание вращающегося магнитного поля. Ротор (с обмоткой возбуждения) закреплен на валу двигателя и вращается под воздействием возникающей электродвижущей силы.

В чем ключевое отличие синхронного двигателя от асинхронного

Главное отличие синхронного от асинхронного двигателя заключается в устройстве ротора.

Роторы синхронных двигателей представляют собой постоянные или электрические магниты. Постоянное магнитное поле, создаваемое ими, взаимодействует с вращающимся магнитным полем статора.

В случае с асинхронным двигателем (который также называют индукционным) в пазы ротора вставляются короткозамкнутые металлические пластины. Кроме короткозамкнутой разновидности, применяются также фазные роторы, снабженные контактными кольцами, которые после разбега замыкаются накоротко.

В результате соотношение частоты оборотов двигателя, находящегося под нагрузкой, с частотой вращения, которая присуща магнитному полю статора, для разных типов двигателя следующее:

равное для агрегатов синхронного типа;
неравное для асинхронных двигателей (наблюдается постоянное отставание от скорости вращения магнитного поля статора, равное величине скольжения).

На основе понимания того, чем отличается асинхронный двигатель от синхронного, можно сформулировать главные преимущества и недостатки этих двигателей.

Сравнение разных типов двигателей

Двигатели синхронной разновидности сложнее в использовании, поскольку они:

в отличие от асинхронных моделей нуждаются в дополнительном источнике постоянного тока;
подвержены более быстрому износу деталей (по причине использования контактных колец со щетками);
требуют применения вспомогательных механизмов для запуска (индукционный двигатель имеет собственный пусковой момент).

Для асинхронных моделей характерны:

простота конструкции;
надежность в эксплуатации.

При этом синхронные двигатели обладают более широкими возможностями с точки зрения коэффициента мощности, а также менее чувствительны к перепадам напряжения, но стоимость таких агрегатов выше, что делает их использование менее выгодным.

Асимметричный двигатель что это

Асимметричный двигатель. Страница 1.

ТЕНТУ ЬЭ митет Российской Федерации патентам и товарным знакам ИЕ ИЗОБ(73) Климович Борис Миха(57) Использование: пневмроение. Цель: повышениедвигателей. Сущность изоточке которого эксцентричлопатками, выполнен с про ич Р,П.иловичДВИГАТЕЛЬтическое двигателестКПД пневматических ретения; статор, в расно установлен ротор с филированным участком(51) 5 Г 01 С 1 344 со стороны выпускного отверстия, который описан по кривой, образованной концом радиуса-вектора, равного по модулю радиусу исходного цилиндра с центром, смещаемым от оси расточки статора в сторону выпускного отверстия на расстояние, равное сумме эксцентриситета и величины, обратной уменьшению зазора между ротором и исходной цилиндрической поверхностью статора, перпенди — кулярно к линии, соединяющей оси ротора и расточки статора. Положительный зффект: увеличение КПД 1 ил.2005197 расточка 2 статора 1 со стороны выпускного отверстия 6 выполнена профилированной и описана по кривой, образованной концом радиуса-вектора, равного по модулю радиусу исходного цилиндра, с центром, смещаемым от оси расточки 2 статора 1 в сторону выпускного отверстия 6 на расстояние, равное сумме эксцентриситета и величины, об ратной уменьшению зазора между ротором3 и исходной цилиндрической поверхностью статора 1, перпендикулярно к линии, соединяющей оси ротора, 3 и расточки 2 статора 1.15 Двигатель работает следующим образом.Рабочая среда через впускное отверстие 5 под давлением, подается в полость статора 1, воздействует на лопатки 4 и тем 20 самым приводит ротор 3 во вращение.В результате того, что расточка статорасо стороны выпускного отверстия выполнена профилированной, сжатая рабочая средаполучает возможность дополнительного расширения, что приводит к повышению КПД пневматического двигателя. 56) Зеленецкий С,Б, и др. Ротационные 30 пневматические двигатели, Л.: Машиностроение, 1976, с. 9, рис, 5,вФормула изобретения35 АСИММ ЕТРИЧ Н Ы Й ДВ И ГАТЕЛ Ь, содержащийй статор, в расточке которого эксцентрично установлен ротор с лопатками, впускное и выпускное отверстия, при этом 40 расточка статора со стороны впускного от- верстия выполнена цилиндрической, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, растечка статора со стороны выпускного отверстия выполнена профилйрован-,45 Изобретение относится к йневматическому двигателестроению и может быть использовано в машиностроении,Известен двигатель, содержащий статор, в расточке которого эксцентрично установлен ротор с лопатками, впускное и выпускное отверстия, при этом расточка статора со стороны впускного отверстия выполнена цилиндрической.Цель изобретения — повышение КПД пневматического двигателя.Указанная цель достигается тем, что расточка статора со стороны выпускного отверстйя выполнена профилированной и описана по кривой, образованной концом радйуса-вектора, равного по модулю радиусу исходного цилиндра, с центром, смещаемым от оси расточки статора в сторону выпускного отверстия на расстояние, равное сумме эксцентриситета и величины, обратнОй уменьшению зазора между ротором и исходной цилиндрической поверхностью статора, перпендикулярно к линии, соединяющей оси ротора и расточки статора,На чертеже показан асимметричный двигатель, поперечный разрез.Асимметричный двигатель содержит статор 1, в расточке 2 которого эксцентрично установлен ротор 3 с лопатками 4, впускное и выпускное отверстия 5 и 6, при этом ной и описана по кривой, образованной концом радиус-вектора, равного по модулю радиусу исходного цилиндра, с центром, смещаемым от оси расточки статора в сторону выпускного отверстия на расстояние, равное сумме зксцентриситета и величины, обратной уменьшению зазора между ротором и исходной цилиндрической поверхностью статора, перпендикулярно к линии, соединяющей оси ротора и расточки статора,2005197 Составитель Б.Климови ехред М,Моргентал ректор М, Ша дакто кдз 3426 ПодписноеНПО «Поиск» Роспатентаква, Ж, Раушская наб 4/5 а 11303 Производственно-издательский комбинат «Патент, г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заявка

Климович ЕМ; Климович Р. П

Климович Борис Михайлович, Климович Раиса Петровна

МПК / Метки

Код ссылки

Устройство для расточки отверстий с параллельными осями

Загрузка.

Номер патента: 1458104

. отверстия 2. Устройство снабжено двумя базирующими оправками 3, каждая из которых содержит центрирующий элемент 4 с конической поверхностью и размещенные на ее концах цанги 5 и 6, предназначенные для закрепления базирующей оправки 3 с помощью конусов 7 и 8 в отверстиях 9 и 10 обрабатываемой детали 11.Базирующие оправки 3 выполнены разьемными. Соединение частей базирующих оправок 3 производится с помощью конических полумуфт 12 и 13. 25Базирующие оправки 3 установлены в корпусе 1 параллельно одна другой, при этом вх центрнрующие элементы 4 размещены в отверстиях 2 корпуса 1. Расточные оправки 14 установлены в направляющих 15 корпуса 1 с возможностью вращения и осевого З 0 перемещения. На концах расточных оправок 14 размещены резцовые.

Головка к профилегибочному станку

Загрузка.

Номер патента: 1058671

. 11 и 12, Кроме того, в пластинах 11 и 12 выполнены отверстия, в которых запрессованы оси 18 опорных роликов, представляющих собой радиальные подшипники 19 с надетыми на них кольцами-бандажами 20. Вокруг отверстий для посадки осей 18 выполнены концентричные им ступенчатые расточки для размещения опорных роликов, 15 причем выступы расточек фиксируют внутренние кольца подшипников 19 в осевом направлении, а остальная часть их выполнена относительно поверхности опорных роликов с гарантированным зазором. В пластинах 11 расточки выполнены с одной стороны, а в пластинах 12 с двух сторон на глубину, равную половине высоты опорного ролика. Таким образом, каждый опорйый ролик расположен на участке оси 18, ограниченном с обеих сторон телом.

Устройство для запирания выпускного отверстия

Загрузка.

Номер патента: 1316570

. 16 продуваемого газа. Продуваемый газ проходит через промежутки между различными сегментами, В результате образуется хорошо распределенный поток продуваемого газа.Вместо жесткого монтажа пальца 11 на рычаге 4 (фиг. 1) можно использовать ориентируемый монтаж (фиг. 2). В этом варианте осуществления устройства на рычаге 4 крепится труба 17, к которой приварен фланец 18. Болт 19, ввинченный в наконечник 20 с пальцем 11, обеспечивает соединение наконечника 20 с фланцем 18 при помощи пружины 21 и шайбы 22. Такойориентируемый монтаж пробки 3 на рычаге 4 гарантирует автоматическую центровку пробки на устье выпускного отверстия, контуры которого со временем изменяются в результате износа,Устройство работает следующим образом.Во время продувки.

Перегрузочный пункт и способ перекрытия выпускного отверстия его бункера

Загрузка.

Номер патента: 1121462

. частью вибропитателя перпендикулярно продольной оси последнего.Привод заслонки снабжен системой натяжных и отклоняющих блоков.Кроме того, заслонка выполнена из шарнирно соединенных звеньев. Цель изобретения обеспечивается также тем, что согласно способу перекрытия выпускного отверстия бункера, перегрузочного пункта, включающему перемещение заслонки с помощью привода между выпускным отверстием бункера и вибропитателем, вибропитатель присоединяют к направляюшим заслонки, а перемешение заслонки производят по направлению движения горной массы на вибропитателе в два этапа, при этом вначале производят внедрение заслонки в движущийся поток горной массы, после чего дальнейшее перемещение заслонкипроизводят совместным воздействием привода.

Устройство для закрывания выпускного отверстия металлургической емкости

Загрузка.

Номер патента: 871725

. междуперекрывающим элементом 7 и полым корпусом 17 образуется кольцевой зазор 23. Упоры 24, предусмотренные на поворотном рычаге 6, обеспечивают закрытое положение перекрывающего элемента по отношению к выпускному отверстию 4 и препятствует томУ, чтобы перекрывающии элемент поворачивался далее внутрь выпускного отверстия 4.Закрывание выпускного отверстия осуществляется следующим образом: как только сталь стечет в разливочный ковш 5, через выпускное отверстие 4 начинает вытекать шлак 3, При помощи пирометра 25, посредством которого производится наблюдение за вытекающей струей, при смене стали на шлак получают импульс, который через усилитель 26 приводит в действие реле 27, которое в ответ на это посылает электрический сигнал к.

Однофазный асинхронный электродвигатель

Однофазный асинхронный электродвигатель с пусковой обмоткой

Конструкция однофазного двигателя с вспомогательной или пусковой обмоткой

Конструкция однофазного двигателя

Обмотки однофазного двигателя

Принцип работы однофазного асинхронного двигателя

Обмотки асинхронного двигателя

Магнитное поле витка

где n_пр – частота вращения магнитного поля в прямом направлении, об/мин,
n_обр – частота вращения магнитного поля в обратном направлении, об/мин,
f₁ – частота тока статора, Гц,
p – количество пар полюсов,
n₁ – скорость вращения магнитного потока, об/мин

Разложение пульсирующего магнитного потока

Действие пульсирующего поля на вращающийся ротор

где s_пр – скольжение ротора относительно прямого магнитного потока,
n₂ – частота вращения ротора, об/мин,
s – скольжение асинхронного двигателя

Магнитное поле однофазного двигателя

где s_обр – скольжение ротора относительно обратного магнитного потока

Магнитное поле пронизывающее ротор

Ток ротора асинхронного двигателя

где f_2пр – частота тока I_2пр наводимого прямым магнитным потоком, Гц

где f_2обр – частота тока I_2обр наводимого обратным магнитным потоком, Гц

Магнитный момент действующий на ротор

где M_пр – магнитный момент создаваемый прямым магнитным потоком, Н∙м,
с_M — постоянный коэффициент, определяемый конструкцией двигателя

где M_обр – магнитный момент создаваемый обратным магнитным потоком, Н∙м

Результирующий вращающий момент, действующий на ротор однофазного асинхронного двигателя,

Тормозящее действие обратного поля

где r₂ — активное сопротивление стержней ротора, Ом,
x_2обр — реактивное сопротивление стержней ротора, Ом.

Моменты сил действующие на неподвижный ротор

Моменты сил действующие на вращающийся ротор

Действие пульсирующего поля на неподвижный ротор

Пуск однофазного двигателя. Как создать начальное вращение?

Таким образом, во время пуска двигатель работает как двухфазный, а по окончании пуска — как однофазный.

Подключение однофазного двигателя

С пусковым сопротивлением

Схема однофазного двигателя с пусковым сопротивлением

Однофазный двигатель с разным сопротивлением обмоток

С конденсаторным пуском

Схема однофазного двигателя с пусковым конденсатором

Однофазный электродвигатель с экранированными полюсами

Однофазный электродвигатель с асимметричным магнитопроводом статора

Однофазный асинхронный двигатель с асимметричным магнитопроводом статора

Асинхронный двигатель — принцип работы и устройство

8 марта 1889 года величайший русский учёный и инженер Михаил Осипович Доливо-Добровольский изобрёл трёхфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Асинхронный двигатель - принцип работы и устройство

Современные трёхфазные асинхронные двигатели являются преобразователями электрической энергии в механическую. Благодаря своей простоте, низкой стоимости и высокой надёжности асинхронные двигатели получили широкое применение. Они присутствуют повсюду, это самый распространённый тип двигателей, их выпускается 90% от общего числа двигателей в мире. Асинхронный электродвигатель поистине совершил технический переворот во всей мировой промышленности.

Огромная популярность асинхронных двигателей связана с простотой их эксплуатации, дешивизной и надежностью.

Асинхронный двигатель — это асинхронная машина, предназначенная для преобразования электрической энергии переменного тока в механическую энергию. Само слово “асинхронный” означает не одновременный. При этом имеется ввиду, что у асинхронных двигателей частота вращения магнитного поля статора всегда больше частоты вращения ротора. Работают асинхронные двигатели, как понятно из определения, от сети переменного тока.

Устройство

Устройство трехфазного асинхронного двигателя

На рисунке: 1 — вал, 2,6 — подшипники, 3,8 — подшипниковые щиты, 4 — лапы, 5 — кожух вентилятора, 7 — крыльчатка вентилятора, 9 — короткозамкнутый ротор, 10 — статор, 11 — коробка выводов.

Основными частями асинхронного двигателя являются статор (10) и ротор (9).

Статор имеет цилиндрическую форму, и собирается из листов стали. В пазах сердечника статора уложены обмотки статора, которые выполнены из обмоточного провода. Оси обмоток сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол 120°. В зависимости от подаваемого напряжения концы обмоток соединяются треугольником или звездой.

Асинхронный двигатель - принцип работы и устройство

Роторы асинхронного двигателя бывают двух видов: короткозамкнутый и фазный ротор.

Короткозамкнутый ротор представляет собой сердечник, набранный из листов стали. В пазы этого сердечника заливается расплавленный алюминий, в результате чего образуются стержни, которые замыкаются накоротко торцевыми кольцами. Эта конструкция называется «беличьей клеткой«. В двигателях большой мощности вместо алюминия может применяться медь. Беличья клетка представляет собой короткозамкнутую обмотку ротора, откуда собственно название.

Короткозамкнутый ротор и беличья клетка

Фазный ротор имеет трёхфазную обмотку, которая практически не отличается от обмотки статора. В большинстве случаев концы обмоток фазного ротора соединяются в звезду, а свободные концы подводятся к контактным кольцам. С помощью щёток, которые подключены к кольцам, в цепь обмотки ротора можно вводить добавочный резистор. Это нужно для того, чтобы можно было изменять активное сопротивление в цепи ротора, потому что это способствует уменьшению больших пусковых токов. Подробнее о фазном роторе можно прочитать в статье — асинхронный двигатель с фазным ротором.

Принцип работы

При подаче к обмотке статора напряжения, в каждой фазе создаётся магнитный поток, который изменяется с частотой подаваемого напряжения. Эти магнитные потоки сдвинуты относительно друг друга на 120°, как во времени, так и в пространстве. Результирующий магнитный поток оказывается при этом вращающимся.

Результирующий магнитный поток статора вращается и тем самым создаёт в проводниках ротора ЭДС. Так как обмотка ротора, имеет замкнутую электрическую цепь, в ней возникает ток, который в свою очередь взаимодействуя с магнитным потоком статора, создаёт пусковой момент двигателя, стремящийся повернуть ротор в направлении вращения магнитного поля статора. Когда он достигает значения, тормозного момента ротора, а затем превышает его, ротор начинает вращаться. При этом возникает так называемое скольжение.

Скольжение s — это величина, которая показывает, насколько синхронная частота n₁ магнитного поля статора больше, чем частота вращения ротора n₂, в процентном соотношении.

Скольжение это крайне важная величина. В начальный момент времени она равна единице, но по мере возрастания частоты вращения n₂ ротора относительная разность частот n₁-n₂ становится меньше, вследствие чего уменьшаются ЭДС и ток в проводниках ротора, что влечёт за собой уменьшение вращающего момента. В режиме холостого хода, когда двигатель работает без нагрузки на валу, скольжение минимально, но с увеличением статического момента, оно возрастает до величины s_кр — критического скольжения. Если двигатель превысит это значение, то может произойти так называемое опрокидывание двигателя, и привести в последствии к его нестабильной работе. Значения скольжения лежит в диапазоне от 0 до 1, для асинхронных двигателей общего назначения оно составляет в номинальном режиме — 1 — 8 %.

Как только наступит равновесие между электромагнитным моментом, вызывающим вращение ротора и тормозным моментом создаваемым нагрузкой на валу двигателя процессы изменения величин прекратятся.

Выходит, что принцип работы асинхронного двигателя заключается во взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и токов, которые наводятся этим магнитным полем в роторе. Причём вращающий момент может возникнуть только в том случае, если существует разность частот вращения магнитных полей.

Однофазный асинхронный двигатель: как устроен и работает

Промышленные конденсаторные двигатели имеют в основе, как правило, двухфазный двигатель (проще производство и схема подключения). Трёхфазные двигатели переделываются под однофазную сеть обычно в частном порядке или мелкосерийном производстве в силу массовости таких типов двигателей и сетей, выбирая при этом между сложностью схемы и недоиспользованием мощности двигателя.

Такие двигатели используются в основном в бытовой технике малой мощности: стиральных машинах, механизмах и стационарных кассетных магнитофонов, недорогих проигрывателях виниловых дисков, вентиляторах и другой подобной технике.

Также такие двигатели применяются в циркуляционных насосах водопроводных и отопительных систем (напр. компании Grundfos), и в воздуходувках и дымососах отопительных и водонагревательных агрегатов (напр. Buderus).

Трёхфазные асинхронные двигатели в однофазную электрическую сеть включают через фазосдвигающий конденсатор.

Первый вывод обмотки электродвигателя подключается к «фазовому» проводу, второй вывод — к нейтральному проводу. Третий вывод обмотки подключается через конденсатор, ёмкость которого подбирается по формулам, в зависимости от того, как соединены обмотки двигателя — звездой или треугольником.

Если обмотки соединены звездой, тогда ёмкость «рабочего» конденсатора должна быть

Если обмотки соединены треугольником, тогда ёмкость «рабочего» конденсатора должна быть

U — напряжение сети, вольт;

I — рабочий ток двигателя, ампер;

C — электрическая ёмкость, микрофарад.

При пуске двигателя кнопкой подключается пусковой конденсатор CLAUNCH >, ёмкость которого должна быть в два раза больше ёмкости рабочего. Как только двигатель наберёт нужные обороты, кнопку «Пуск» отпускают.

Переключатель B2 > позволяет изменять направление вращения электродвигателя. Выключатель B1 > отключает электродвигатель.

Используя паспортные данные электродвигателя, можно определить его рабочий ток I по формуле:

\cos \varphi >>>, где

P — электрическая мощность двигателя, Ватт;

U — напряжение сети, вольт;

η — коэффициент полезного действия;

Конструкция и устройство конденсаторного электродвигателя

По конструктивному оформлению и по таким параметрам, как мощность электродвигателя и его габариты они могут быть разными. Это непосредственно зависит от назначения и использования электродвигателя конденсаторного типа.

Конденсаторные двигатели - устройство, принцип действия, применение Электродвигатели - типы, устройство, принцип работы, параметры, производители Конденсаторный электродвигатель - устройство и принцип работы Конденсаторный двигатель — википедия с видео // wiki 2 Двухфазный асинхронный двигатель. назначение, устройство, принцип действия. | мтомд.инфо Как работает конденсаторный электродвигатель и для чего он нужен

Вообще, чаще конденсаторные двигателей используются в бытовой технике небольших мощностей, такой стиральные машины старого образца, электромагнитофонах, и другой технике, не обладающей большими мощностями. Как правило, такие разновидности электродвигателей не используются при мощности, которая превышает 1кВт, поскольку сам по себе конденсатор имеет достаточно высокую стоимость.

Работа конденсаторного электродвигателя происходит посредством того, что в конструкции он имеет две обмотки, одна из которых непосредственно подключается к электрической сети, вторая же соединяется с самим конденсатором для создания магнитного поля вращающегося действия. Конденсаторы выполняют так называемое сдвижение фазы тока практически на девяносто градусов.

Во время запуска асинхронного электрического двигателя конденсаторного типа действия оба непосредственных рабочих элемента (конденсаторы) включены, однако после того, как произойдет необходимый для стабильной работы двигателя разгон, один из работающих конденсаторов отключают. Делается это в целях экономии рабочего ресурса электродвигателя, к тому же нет смысла «гонять» оба конденсатора, ведь такая необходимость присутствует лишь при начальной стадии набора оборотов, потом, когда скорость работы двигателя достигает номинального уровня, с последующими задачами вполне под силу справится одному работающему конденсатору.

Наиболее близок по пусковому устройству, а так же по характеристикам работы и такой тип конденсаторного электрического двигателя к асинхронному электрическому двигателю трехфазного типа.

АД с фазным ротором

Однофазный асинхронный двигатель: как устроен и работает

Сфера практического применения

Конденсаторные асинхронные электродвигатели используются в бытовых электровентиляторах, холодильниках, некоторых современных стиральных машинах, практически во всех стиральных машинах производства СССР. Но в вытяжках чаще применяются двигатели с расщепленными полюсами без конденсатора, тем не менее, можно встретить модели и с рассматриваемым типом электродвигателя.

Кроме бытовой техники их сфера применения распространяется и на насосы мощностью до 2-3 кВт, компрессоры и различные станки с однофазным питанием, в общем, на все, что должно вращаться и работать от 220 Вольт.

Вот мы и рассмотрели, что такое конденсаторный двигатель, как он устроен и для чего нужен. Надеемся, предоставленная информация помогла вам разобраться в вопросе!

Материалы по теме:

Как подключить трехфазный двигатель на 220 и 380 Вольт
Онлайн расчет энергии в конденсаторе
Чем отличается постоянный ток от переменного

Опубликовано:
13.08.2019
Обновлено: 13.08.2019

Устройство однофазного двигателя

По сути, имеет 2 фазы, однако, работу осуществляет лишь один из них, по этой причине двигатель именуют однофазным. Как и все без исключения электромашины, однофазный двигатель складывается из 2 элементов: неподвижной (статор) и мобильной (ротор). Предполагает собой асинхронный электромотор, неподвижной частью которого является одна основная работающая обмотка, подключаемая к источнику переменного тока. К мощным граням двигателя этого вида можно причислить несложность системы, представляющую собой ротор с замкнутой обмоткой. К минусам — низкие значения отправного момента и КПД.

Главный недостаток однофазного тока — невозможность генерации им магнитного поля, исполняющего вращение. По этой причине однофазный электромотор не запустится сам при подсоединении к сети.

В теории электромашин функционирует принцип: чтобы появилось магнитное поле, крутящее ротор, в статоре должно быть 2 обмотки (фазы). Необходимо, кроме того, смещение одной обмотки на определённый ракурс относительно другой.

В период работы совершается обтекание обмоток неустойчивыми электрическими полями:

В неподвижном месте однофазного двигателя находится так именуемая отправная электрообмотка. Она смещена на 90 градусов по отношению к основной рабочей.
Сдвиг токов можно приобрести, включив в цепь фазосдвигающий элемент. Для этого могут применяться активные резисторы, катушки индукции и конденсаторы.
В качестве основы для статоров и роторов применяется электротехническая сталь — 2212.

Неверно называть монофазными такие электродвигатели, которые по собственному строению считаются 2- и 3-фазными, однако, подсоединяются к однофазному источнику посредством методик согласования (конденсаторные электромоторы). Эти две фазы таких приборов считаются рабочими и включены все время.

Однофазный асинхронный двигатель: устройство и принцип действия Электродвигатели Схема подключения однофазного электродвигателя Однофазный двигатель с конденсатором Устройство, виды и принцип действия асинхронных электродвигателей Однофазные асинхронные двигатели на службе человечества Что такое асинхронный двигатель и как он работает Что такое конденсаторные установки Схемы подключения однофазных электродвигателей через конденсатор

Асинхронный или коллекторный: как отличить

Вообще, отличить тип двигателя можно по табличке — шильдику — на которой написаны его данные и тип. Но это только в том случае, если его не ремонтировали. Ведь под кожухом может быть что угодно. Так что если вы не уверены, лучше определить тип самостоятельно.

Так выглядит новый однофазный конденсаторный двигатель

Как устроены коллекторные движки

Отличить асинхронный и коллекторный двигатели можно по строению. У коллекторных обязательно есть щетки. Они расположены возле коллектора. Еще обязательный атрибут движка этого типа — наличие медного барабана, разделенного на секции.

Такие двигатели выпускаются только однофазные, они часто устанавливаются в бытовой технике, так как позволяют получить большое число оборотов на старте и после разгона. Также они удобны тем, что легко позволяют менять направление вращения — необходимо только поменять полярность. Несложно также организовать изменение скорости вращения — изменением амплитуды питающего напряжения или угла его отсечки. Потому и используются подобные двигатели в большей части бытовой и строительной техники.

Строение коллекторного двигателя

Недостатки коллекторных двигателей — высокая шумность работы на больших оборотах. Вспомните дрель, болгарку, пылесос, стиральную машину и т.д.. Шум при их работе стоит приличный. На малых оборотах коллекторные двигатели не так шумят (стиральная машина), но не все инструменты работают в таком режиме.

Второй неприятный момент — наличие щеток и постоянного трения приводит к необходимости регулярного технического обслуживания. Если токосъемник не чистить, загрязнение графитом (от стирающихся щеток) может привести к тому, что соседние секции в барабане соединятся, мотор попросту перестанет работать.

Асинхронные

Асинхронный двигатель имеет статор и ротор, может быть одно и трёхфазным. В данной статье рассматриваем подключение однофазных двигателей, потому речь пойдет только о них.

Асинхронные двигатели отличаются невысоким уровнем шумов при работе, потому устанавливаются в технике, шум работы которой критичен. Это кондиционеры, сплит-системы, холодильники.

Строение асинхронного двигателя

Есть два типа однофазных асинхронных двигателей — бифилярные (с пусковой обмоткой) и конденсаторные. Вся разница состоит в том, что в бифилярных однофазных двигателях пусковая обмотка работает только до разгона мотора. После она выключается специальным устройством — центробежным выключателем или пускозащитным реле (в холодильниках). Это необходимо, так как после разгона она только снижает КПД.

В конденсаторных однофазных двигателях конденсаторная обмотка работает все время. Две обмотки — основная и вспомогательная — смещены относительно друг друга на 90°. Благодаря этому можно менять направление вращения. Конденсатор на таких двигателях обычно крепится к корпусу и по этому признаку его несложно опознать.

Более точно определить бифилярный или конденсаторный двигатель перед вами, можно при помощи измерений сопротивления обмоток. Если сопротивление вспомогательной обмотки больше в два раза (разница может быть еще более значительная), скорее всего, это бифилярный двигатель и эта вспомогательная обмотка пусковая, а значит, в схеме должен присутствовать выключатель или пусковое реле. В конденсаторных двигателях обе обмотки постоянно находятся в работе и подключение однофазного двигателя возможно через обычную кнопку, тумблер, автомат.

Установка и подбор компонентов

Конденсаторы имеют немалые габариты, поэтому не всегда помещаются во внутреннюю часть борно (распределительная коробка на корпусе электродвигателя).

В зависимости от места установки и других условий эксплуатации конденсаторы могут располагаться на внешней стороне двигателя рядом с коробкой расключения. В некоторых случаях конденсаторы выносят в отдельный корпус, расположенный недалеко от электродвигателя.

Конденсаторный электродвигатель - устройство и принцип работы Конденсаторный двигатель Электродвигатель асинхронный конденсаторный. конденсаторные двигатели - устройство, принцип действия, применение Устройство и принцип действия асинхронного двигателя. асинхронный тип двигателя: принцип работы, описание и функции Конденсаторные двигатели - устройство, принцип действия, применение Трехфазный асинхронный двигатель Однофазный асинхронный электродвигатель Электродвигатели - типы, устройство, принцип работы, параметры, производители

Величину емкости конденсаторов в идеальном случае с постоянной токовой нагрузкой можно рассчитать, но в большинстве случаев нагрузка нестабильна, и методика расчетов сложная. Поэтому опытные электрики руководствуются статистикой и практическим опытом:

для конденсаторов рабочей схемы емкость выбирается 0,75 мкФ на 1 кВт мощности;
для пусковых конденсаторов 1,8–2 мкФ на кВт мощности, при этом надо учитывать скачки напряжения в период пуска и остановки — они колеблются в пределах 300–600 В. Поэтому по напряжению конденсатор должен быть как минимум 400 В.

Вообще при выборе схемы и конденсаторов на однофазный двигатель надо руководствоваться назначением двигателя и условиями эксплуатации. Когда нужно быстро раскрутить двигатель, используется схема с пусковым конденсатором. При необходимости иметь в процессе эксплуатации большую мощность и КПД применяют схему с рабочим конденсатором — обычно в однофазном конденсаторном двигателе для бытовых нужд небольшой мощности, в пределах 1 кВт.

Схема запуска

В витках ротора индуктивный электроток может появляться только вследствие пересечения ими насильственных направлений магнитного поля. Их вращение должно реализоваться с быстротой чуть менее частоты верчения поля. Непосредственно отсюда и вышло название — асинхронный электродвигатель. Вследствие повышения механической перегрузки уменьшается быстрота верчения, увеличивается индуктивный электроток в роторных витках. А кроме того, увеличивается механическая мощность мотора и переменного тока, который он употребляет.

Благодаря току появляется импульсное магнитное поле в статоре электромотора. Это поле возможно рассматривать как 2 различных поля, которые вращаются разнонаправленно и имеют похожие амплитуды и частоты.
Если ротор располагается в неподвижном состоянии, данные поля приводят к появлению одинаковых по модулю, но разнонаправленных факторов.
Если у двигателя отсутствуют особые начальные механизмы, в этом случае при старте результирующий момент станет равный нулю, а, следовательно — двигатель не будет вертеться.
Если же ротор приведён в обращение в любую сторону, в таком случае соответствующий момент приступает доминировать, а следовательно, ось двигателя продолжит вертеться в определённом направлении.

Пуск выполняется магнитным полем, что крутит мобильную часть двигателя. Оно формируется 2 обмотками: основной и дополнительной. Заключительная обмотка имеет минимальный объем и считается пусковой. Она подключается к главной электрической сети через имеющуюся ёмкость или индуктивность. Подсоединение осуществляется только лишь в период запуска. В моторах с невысокой мощностью отправная фаза замкнута накоротко.

Запуск мотора осуществляют удержанием пусковой клавиши на несколько секунд, вследствие чего совершается разгон ротора. В период отпускания пусковой клавиши электродвигатель с двухфазного режима передаётся в однофазовый режим и его работа удерживается нужной компонентой переменчивого магнитного поля.

Отправная фаза рассчитана на временную работу — как правило, до 3 с. Более продолжительное время пребывания под нагрузкой может послужить причиной к перегреву, возгоранию изоляции и неисправности приспособления

Поэтому немаловажно своевременно освободить пусковую клавишу. С целью увеличения надёжности в корпус двигателей встраивают центробежный коммутатор и термическое реле

Роль центробежного выключателя состоит в выключении пусковой фазы, если ротор наберёт скорость. Это происходит автоматом — без вмешательства. Тепловое реле отключает фазы обмотки, если они нагреваются свыше допустимого.

Виды конденсаторных двигателей

Схема подключения, при которой конденсаторный асинхронный двигатель запускается только от пускового конденсатора, имеет один существенный минус. Во время работы магнитное поле не остается круговым или эллиптическим, показатели работы падают, а электродвигатель греется. В таком случае для оптимального режима в цепь включается рабочий конденсатор, обеспечивающий постоянный сдвиг фаз, а не только в момент пуска.

Отметим, что можно выделить две группы конденсаторных двигателей:

Конденсатор нужен только для пуска, тогда его называют пусковым. Обычно это маломощные приборы.
Конденсатор нужен для постоянной работы, в этом случае его называют рабочим. В машинах большой мощности (несколько кВт) для пуска под нагрузкой может не хватать момента, и тогда подключают дополнительно еще один пусковой конденсатор. Чаще всего это делают с помощью кнопки ПНВС.

Подробнее со схемой подключения и тем как отличить эти типы однофазных двигателей вы можете ознакомиться в следующем видео ролике:

В международной классификации применяются обозначения для типов конденсаторных асинхронных двигателей:

двигатель с пуском через конденсатор/работа через обмотку (индуктивность) (CSIR);
двигатель с пуском через конденсатор/работа через конденсатор (CSCR);
двигатель с постоянным разделением емкости (PSC).

Как работает такая схема представить несложно: пусковой конденсатор большой емкости обеспечивает пуск двигателя, а после набора мощности рабочий меньшей емкости обеспечивает максимально подходящий режим работы и скорости вращения ротора.

Для особых случаев, когда необходимо поддерживать необходимую скорость вращения ротора при разных нагрузках для рабочих конденсаторов, подбирают разные емкости с возможностью их переключения.

Чтобы изменить направление вращение, иначе говоря, включить реверс, нужно поменять местами концы одной из обмоток. Для этого удобно использовать 6 контактный тумблер.

Конденсаторный двигатель — википедия с видео // wiki 2 Двухфазный асинхронный двигатель. назначение, устройство, принцип действия. | мтомд.инфо Трехфазный асинхронный двигатель Однофазный асинхронный электродвигатель Как работает конденсаторный электродвигатель и для чего он нужен Однофазный асинхронный двигатель: устройство и принцип действия Схема подключения однофазного электродвигателя

Как подобрать емкость для пускового конденсатора

Сразу стоит сказать, что на шильдике двигателя обычно указывается ёмкость пускового и рабочего конденсатора (или только рабочего, если пусковой не нужен). При этом указываются точные данные характерные для конкретно этого электродвигателя с его особенностями устройства и работы.

Если шильдик затёрт или отсутствует, то рассчитать ёмкость рабочего и пускового конденсатора для однофазного можно скорее не по формуле, а по мнемоническому правилу:

Сумма рабочего и пускового конденсатора должна составлять 100 мкФ на 1 кВт мощности (70% пусковой и 30% рабочий). Если двигатель 1 кВт, то рабочий конденсатор нужен на 30 мкФ, а пусковой – на 70. А сами конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение больше чем в питающей сети. Обычно выбирают порядка 400 Вольт.

Но в литературе можно встретить и рекомендации о том, что, что ёмкость пускового конденсатора должна быть больше, чем емкость рабочего в 2 раза.

Как проверить работоспособность конденсатора подскажет статья, выложенная на нашем сайте ранее — https://samelectrik.ru/kak-pravilno-proverit-rabotaet-li-kondensator.html

Асинхронные исполнительные двигатели

Эти
двигатели используются в устройствах
автоматики, служат для преобразования
подводимого к ним электрического сигнала
в механическое перемещение вала.
Исполнительные двигатели являются
управляемыми двигателями. При заданном
моменте нагрузки скорость двигателя
должна строго соответствовать подводимому
напряжению и меняться при изменении
его величины и фазы. В качестве
исполнительных двигателей применяются,
главным образом, двухфазные асинхронные
двигатели с короткозамкнутым ротором
(рис. 2.19а).

Рис.
2.19. Принципиальная схема асинхронного
исполнительного двигателя (а)

и
векторные диаграммы его напряжений при
амплитудном (б) и фазовом (в) методах
управления.

Одна
из обмоток статора B
,
называемая обмоткой возбуждения,
подключается к сети переменного тока
с постоянным действующим значением
напряжения .
Ко второй обмотке статора У
,
называемой обмоткой управления,
подключается напряжение управления ,
от управляющего устройства УУ
.

Различают
три основных способа изменения напряжения
на обмотке управления: амплитудное,
фазовое и амплитудно-фазовое.

При
амплитудном управлении изменяется лишь
величина амплитуды напряжения управления
или пропорциональное ей действующее
значение этого
напряжения (рис.2.19б). Величина напряжения
управления может
быть оценена коэффициентом сигнала .

Векторы
напряжений управления и возбуждения
при всех значениях коэффициента образуют
угол .Фазовое
управление характерно тем, что напряжение
управления остается
неизменным по величине, а регулирование
скорости достигается изменением угла
сдвига фаз между
векторами управления и возбуждения
(рис. 2.19в). В качестве коэффициента
сигнала при фазовом управлении принимается
величина, равная синусу угла сдвига фаз
между векторами напряжений управления и
возбуждения ,
т. е. .

При
амплитудно-фазовом управлении изменяется
как амплитуда напряжения управления,
так и угол сдвига фаз между напряжениями и ,
подаваемыми на обмотки статора. Этот
способ осуществляется практически
путем включения в цепь обмотки возбуждения
конденсатора, поэтому схема
амплитудно-фазового управления часто
называется конденсаторной.

При
всех методах управления скорость
асинхронного двигателя изменяется за
счет создания несимметричного
эллиптического магнитного поля.

Асинхронные двигатели получили широкое применение, потому что они малошумны и легки в эксплуатации. Особенно это касается трехфазных короткозамкнутых асинхронников с их прочной конструкцией и неприхотливостью.

Основным условием для преобразования электрической энергии в механическую является факт наличия вращающегося магнитного поля. Для формирования такого поля требуется трехфазная сеть, при этом электрообмотки должны быть смещенными между собой на 120 0 . Благодаря вращающемуся полю система начнёт работать. Однако бытовая техника, как правило, используется в домах, имеющих лишь однофазную сеть 220 В.

Для начала определимся с терминологией. Конденсатор (лат. condensatio — «накопление») – это электронный компонент, хранящий электрический заряд и состоящий из двух близкорасположенных проводников (обычно пластин), разделенных диэлектрическим материалом. Пластины накапливают электрический заряд от источника питания. Одна из них накапливает положительный заряд, а другая – отрицательный.

Однофазный двигатель с конденсатором Устройство, виды и принцип действия асинхронных электродвигателей Что такое асинхронный двигатель и как он работает Что такое конденсаторные установки Схемы подключения однофазных электродвигателей через конденсатор Конденсаторный электродвигатель - устройство и принцип работы Конденсаторный двигатель Конденсаторные двигатели - устройство, принцип действия, применение. асинхронные конденсаторные двигатели Электродвигатель асинхронный конденсаторный. конденсаторные двигатели - устройство, принцип действия, применение

Метод подключения двигателя через конденсатор – этот способ применяют для достижения мягкого пуска агрегата. На статоре однофазного движка с короткозамкнутым ротором размещают дополнительно к основной электрообмотке ещё одну. Две обмотки соотнесены между собой на угол 90 0 . Одна из них является рабочей, её предназначение заставить работать мотор от сети 220 В, другая – вспомогательная, нужна для запуска.

Рассмотрим схемы подключения конденсаторов:

с выключателем,
напрямую, без выключателя;
параллельное включение двух электролитов.

Схемы подключения

Варианты подключения двигателя через конденсатор:

схема подключения однофазного двигателя с использованием пускового конденсатора;
подключение электродвигателя с использованием конденсатора в рабочем режиме;
подключение однофазного электродвигателя с пусковым и рабочим конденсаторами.

Все эти схемы успешно применяются при эксплуатации асинхронных однофазных двигателей. В каждом случае есть свои достоинства и недостатки, рассмотрим каждый вариант более подробно.

Схема с пусковым конденсатором

Идея заключается в том, что конденсатор включается в цепь только при пуске, используется пусковая кнопка, которая размыкает контакты после раскрутки ротора, по инерции он начинает вращаться. Магнитное поле основной обмотки поддерживает вращение длительное время. В качестве кратковременного переключателя ставят кнопки с группой контактов или реле.

Поскольку схема кратковременного подключения однофазного двигателя через конденсатор предусматривает кнопку на пружине, которая при отпускании размыкает контакты, это дает возможность экономить, провода пусковой обмотки делают тоньше. Чтобы исключить межвитковое короткое замыкание, используют термореле, которое при достижении критической температуры отключает дополнительную обмотку. В некоторых конструкциях ставят центробежный выключатель, который при достижении определенной скорости вращения размыкает контакты.

Схемы и конструкции регулировки скорости вращения и предотвращения перегрузок электродвигателя на автомате могут быть различны. Иногда центробежный выключатель устанавливается на валу ротора или на других элементах, вращающихся от него с прямым соединением, или через редуктор.

Под действием центробежных сил груз оттягивает пружины с контактной пластиной, при достижении установленной скорости вращения замыкает контакты, переключатель реле обесточивает двигатель или подает сигнал на другой механизм управления.

Бывают варианты, когда тепловое реле и центробежный выключатель устанавливаются в одной конструкции. В этом случае тепловое реле отключает двигатель при воздействии критической температуры или усилиями раздвигающегося груза центробежного выключателя.

В связи с особенностями характеристик асинхронного двигателя конденсатор в цепи дополнительной катушки искажает линии магнитного поля, от круглой формы до эллиптической, в результате этого потери мощности увеличиваются, снижается КПД. Пусковые характеристики остаются хорошие.

Схема с рабочим конденсатором

Отличие этой схемы в том, что конденсатор после пуска не отключается, и вторичная обмотка на протяжении всей работы импульсами своего магнитного поля раскручивает ротор. Мощность электродвигателя в этом случае значительно увеличивается, форму электромагнитного поля можно попытаться приблизить от эллиптической формы к круглой подбором емкости конденсатора. Но в этом случае момент пуска более продолжительный по времени, и пусковые токи больше. Сложность схемы заключается в том, что емкость конденсатора для выравнивания магнитного поля подбирается с учетом токовых нагрузок. Если они будут меняться, то и все параметры будут не постоянными, для стабильности формы линий магнитного поля можно установить несколько конденсаторов с различными емкостями. Если при изменении нагрузки включать соответствующую емкость, это улучшит рабочие характеристики, но существенно усложняет схему и процесс эксплуатации.

Комбинированная схема с двумя конденсаторами

Оптимальным вариантом для усреднения рабочих характеристик является схема с двумя конденсаторами — пусковым и рабочим.

Электрические машины — Однофазные асинхронные двигатели

Однофазные асинхронные двигатели получили распространение в бытовых установках, питаемых однофазным током. Такие двигатели имеют однофазную обмотку на статоре и короткозамкнутую обмотку на роторе, как у обычного трехфазного асинхронного двигателя. Однофазный двигатель можно получить из трехфазного, если использовать одну или две фазы статора (рис. 4.40).

При прохождения по обмотке статора однофазного тока создается пульсирующее магнитное поле, которое может быть представлено двумя вращающимися в противоположные стороны полями. Эти поля создают моменты прямой и обратной последовательностей (рис. 4.41). Если ротор неподвижен (), то моменты и равны по величине, но противоположны по знаку, поэтому результирующий момент будет равен нулю. Это основной недостаток однофазных асинхронных двигателей. Если двигатель привести во вращение в ту или иную сторону, то один из моментов будет преобладать и двигатель сможет нести нагрузку. Но энергетические показатели однофазного двигателя хуже, чем у трехфазного. При одинаковых габаритах номинальная мощность однофазного двигателя составляет от номинальной мощности трехфазного двигателя. Это связано с тем, что обмотка статора однофазного двигателя занимает не все пазы и, кроме того, в однофазном двигателе существует обратное поле, которое снижает вращающий момент, увеличивая потери и нагрев.
Если у трехфазного двигателя при работе с номинальной нагрузкой произойдет обрыв одной фазы статора, то токи двух других фаз существенно возрастут и двигатель может быстро выйти из строя.
Действительно, трехфазный двигатель имеет мощность
,
где — КПД и коэффициент мощности в трехфазном режиме.
Мощность однофазного двигателя
,
где — КПД и коэффициент мощности однофазного режима.

Если учесть, что и , то ток однофазного режима возрастает более чем в раз. Работа трехфазного двигателя «на двух фазах» является частой причиной выхода его из строя. Но если мощность двигателя снизить, то его можно использовать как однофазный. Для получения пускового момента однофазных двигателей применяют специальные пусковые устройства. Часто в качестве пускового устройства используется свободная фаза с подключенным к ней конденсатором (рис. 4.42, а).
При таком включении магнитные оси обмоток А и ВС сдвинуты относительно друг друга на 90° (рис. 4.42, б), а конденсатор обеспечивает сдвиг токов во времени тоже на 90° (рис. 4.42, в). Поэтому созданное ими поле будет близко к круговому. Действительно, первая гармоника МДС фазы А
.

Изобразим пространственную волну на комплексной плоскости вектором
,
совместив вещественную ось с магнитной осью фазы А. Аналогично первую гармонику МДС фаз В и С

на комплексной плоскости можно представить вектором
.
Результирующая МДС
,
где ; .
Если , то результирующая МДС создает круговое вращающееся поле
.

Если , то наряду с прямо вращающимся полем будет существовать обратно вращающееся поле . Сумма этих полей образует эллиптическое поле
.
Очевидно, что пусковой момент будет максимальным при круговом поле. Для получения такого поля серийно выпускаемые однофазные асинхронные двигатели (рис. 4.43) содержат на статоре две взаимно ортогональные обмотки и . Чтобы обеспечить сдвиг во времени между токами в обмотках и тоже на 90°, в одну из обмоток включают конденсатор . Такие двигатели называются конденсаторными.

Конденсаторный двигатель в сущности является двухфазным двигателем, который с помощью конденсатора подключается к однофазной сети и при номинальной нагрузке имеет двухфазную симметричную систему токов. При других нагрузках симметрия фаз нарушается и в машине появляется обратное поле. Чтобы сохранить симметрию, необходимо изменять емкость. Емкость , подобранная по рабочему режиму, оказывается недостаточной для получения кругового поля при пуске. Поэтому часто параллельно с на время пуска включают пусковую емкость .
Определим величину рабочей емкости , при которой образуется круговое поле при постоянной нагрузке.
При круговом поле напряжения и токи фаз сдвинуты на 90° (рис. 4.44). Мощность обмоток и их МДС равны, поэтому справедливы следующие соотношения:
; .
Отсюда получаем связь между напряжениями на обмотках:
.
Напряжение на конденсаторе

отстает от тока на 90°. При этом согласно векторной диаграмме (рис. 4.44) углы между напряжениями и токами в фазах a и b должны быть равны,
,
и связаны с числом витков фаз соотношением
.
С учетом этих условий емкость конденсатора определится из выражения
.
Согласно векторной диаграмме
; ; .
Используя эти соотношения, получим окончательное выражение для емкости :
.
Мощность этой емкости

равна полной мощности двигателя,
.
Поэтому конденсаторы занимают объем, близкий к объему самого двигателя, что является недостатком конденсаторных двигателей. Но технико-экономические показатели таких двигателей близки к показателям трехфазных двигателей.

Похожие публикации:

F364 abb что это
V 1 3пr2h что за формула
Как подключить дисковый телефон к сотовой сети
Что позволяет измерить мультидатчик по биологии