Как работает автомат электрический: Устройство и принцип работы автоматического выключателя | Полезные статьи

Содержание

Узнаем как работает автомат электрический дифференциальный

Еще совсем недавно главным средством защиты электрических цепей от перегрузки и короткого замыкания служили плавкие предохранители. Технический прогресс не миновал и такую, на первый взгляд, простую область, как размыкающие аварийные устройства.

Автомат электрический дифференциальный помогает не только тогда, когда нужно уберечь проводку от перегрева, он может в некоторых случаях спасать человеческие жизни. При этом опасными бывают не только замыкания, но и обрывы проводников, которые свободно могут касаться разных предметов и становиться причиной поражения электрическим током.

Автомат электрический предназначен для мгновенного обесточивания всей электрической схемы или той ее ветви, в которой возникла критическая ситуация. Для того чтобы он выполнил эту задачу, необходима несложная обработка информации. Слово «дифференциальный» в контексте названия защитного устройства указывает на то, что в нем происходит сравнение величин прямого и обратного токов в замкнутой электросети. Размыкание контактов происходит в том случае, когда их значения перестают совпадать.

На промышленных предприятиях обычно используется рабочее напряжение 380 V, и на распределительных щитах устанавливается автомат электрический трехфазный, реагирующий на аварийно-опасные расхождения токов на входе и выходе схемы в каждой из фазовых нагрузок.

Чтобы проиллюстрировать работу этого защитного устройства, можно представить себе ситуацию, при которой работник по неосторожности коснулся неизолированной части токоведущего элемента. Величина тока, представляющая опасность для жизни, составляет примерно 20 мА. Подвергшийся его воздействию, как правило, не может отпустить проводник, из-за чего при контакте продолжительностью в несколько секунд может погибнуть.

Автомат электрический дифференциальный, настроенный на срабатывание при утечке тока в 10мА, не даст поражающему напряжению долго воздействовать на организм. Человек испытает неприятные ощущения, но после того как цепь мгновенно будет обесточена, жизнь его будет в безопасности, спазма сердечной мышцы не произойдет. При этом в любом другом случае автомат будет пропускать через свои контактные группы ток, на который он рассчитан.

Та же ситуация возникнет и в случае обрыва, когда провод коснется любого заземляющего элемента.

Защита от короткого замыкания срабатывает мгновенно, при превышении величины допустимого тока. Предусмотрена и безопасность проводки в случае относительно незначительного, но длительного прохождения через него чрезмерной нагрузки. Таким образом, автомат электрический предохраняет от пересыхания изоляцию, а контактные группы – от преждевременного выгорания.

Подобная защитная аппаратура находит применение не только в производственных цехах, она широко используется в жилых помещениях (квартирах, домах). Автомат электрический однофазный все более активно вытесняет пробки, неудобство которых состоит в необходимости постоянно иметь под рукой плавкие вставки. Не секрет, что распространенной практикой давно стала их замена на «жучки», что часто приводит к пожарам. Автомат после устранения причины короткого замыкания просто достаточно включить.

Не включается электрический автомат. Основные неисправности автоматических выключателей

То любой мало-мальски знакомый с электротехникой человек идет на площадку проверять в электрощите состояние автоматических выключателей . Чаще всего, устранение неисправности сводится к повторному включению автомата.

Факт срабатывания современного модульного автоматического выключателя определяется легко: ручка находится в положении «вниз», на ней отчетливо виден круглый знак — «ноль». Для включения достаточно повернуть эту ручку вверх, тогда появится горизонтальная черта, и можно будет считать, что миссия выполнена.

Многие квартиры на постсоветском пространстве оборудованы щитками с автоматами немного другого образца. Автоматические выключатели серии АЕ и им подобные имеют немного большие габариты, крепятся к основанию длинными винтами и обладают неприятным свойством: при срабатывании их ручка остается в прежнем, верхнем положении. Это затрудняет поиск сработавшего автомата, который необходимо выключить и снова включить, чтобы вновь подать напряжение.

Но все это, по большому счету, мелочи. Сработавший автомат говорит о какой-то неисправности, а нам надо разобраться, о какой именно.

Расцепители автоматических выключателей

Для начала надо выяснить хотя бы в общих чертах, что такое автоматический выключатель, и как он работает . Многим известно, что автомат разрывает «фазу». Многополюсный автомат может разрывать и нулевой рабочий проводник. Но разрывать цепь автомат может не только по желанию владельца, поворачивающего ручку вниз. На то это и «автоматический» выключатель, что выключиться он может и автоматически.

Необходимо это для того, чтобы защитить проводники и квартирное электрооборудование от повышенного электрического тока, способного вызвать пожар и разрушения. Причиной же возрастания тока может стать:

1. Перегрузка сети . Ее может вызвать включение неисправных электроприемников, или электроприемников, суммарная мощность которых превышает возможности сети. Последнее может быть связано и с по квартире, когда на одну группу приходится большое количество штепсельных розеток. Каждая розетка в отдельности вполне может быть и не перегружена, но суммарный их ток может достигать недопустимых для одного автомата значений.

Для защиты от токов перегрузки в автоматических выключателях применяется тепловой расцепитель — биметаллический контакт, состояние которого зависит от температуры, которая, в свою очередь, зависит от протекающего электрического тока. Уставку, то есть, ток срабатывания теплового расцепителя обычно можно регулировать в небольших пределах.

2. Короткое замыкание в сети . Оно может быть вызвано неисправностью электропроводки или выходом из строя какого-либо электроприемника. Для новой электропроводки короткое замыкание может стать результатом ошибки в монтаже, например, при соединении проводов в . Физически короткое замыкание — это электрическое соединение фазного и нулевого проводника помимо нагрузки. Поскольку сопротивление цепи в этом случае ограничивается только сопротивлением проводов, то электрический ток мгновенно достигает очень большого значения.

Для защиты от сверхтоков короткого замыкания тепловой расцепитель автомата неэффективен: пока нагреется и разорвется биметаллический контакт, провода уже практически наверняка будут повреждены, а электрическая дуга вызовет возгорание. Поэтому в модульных автоматических выключателях всегда применяется электромагнитный расцепитель , скорость срабатывания которого составляет доли секунды с момента возрастания тока.

Итак, если в вашем квартирном щитке сработал автоматический выключатель, то можно, конечно, включить его вновь. Однако систематическое срабатывание говорит о какой-то проблеме, которую придется решать. Что же делать, если отключился автомат в электрощите?

Короткое замыкание в цепи розеток

При мгновенном срабатывании автомата после его включения есть все основания полагать, что мы имеем дело с коротким замыканием — тепловой расцепитель так быстро не сработает. Убедиться в наличии замыкания можно при помощи — сопротивление между нулевой рабочей шиной N и выводом автоматического выключателя при коротком замыкании должно быть близко к нулю. Разумеется, проводить подобные измерения можно, только при выключенном автомате.

Коль скоро мы убедились, что причина срабатывания — короткое замыкание, то необходимо выяснить, где именно оно произошло. Автоматические выключатели в щитке должны быть подобраны в соответствии с принципами селективности, а это значит, что сработать должен именно автомат, расположенный ближе всего к месту короткого замыкания. При этом выключатель реагирует только на замыкания в той части цепи, которая расположена после него относительно линии.

Поэтому, скажем, если срабатывает только вводной автоматический выключатель, то место замыкания с большой долей вероятности расположено прямо во вводном щите. При замыкании в пределах квартиры срабатывает групповой выключатель и зачастую вместе с ним — вводной автомат. В этом случае вводной аппарат можно смело включить вновь и выяснить, какая именно группа электроприемников подключена к проблемному проводу — эта группа не будет работать.

Выяснив этот вопрос, можно отключить все эти электроприемники и вновь ввести групповой автомат в работу. Если он не сработал, то причина состоит в неисправности одного из отключенных электроприборов. Найти конкретного виновника можно либо поочередным включением всех электроприемников, либо измерением их входного сопротивления. Второй способ не подходит для приборов, имеющих электронное управление. Неисправный прибор, разумеется, подлежит ремонту.

Если все приборы исправны, необходимо приступить к осмотру розеток, входящих в состав группы: пластиковые корпуса разобрать, проверить и подтянуть клеммные зажимы. После розеток наступает черед коробок. Их придется вскрыть. И если осмотр не выявит явных неисправностей, то провода надо разъединить, чтобы проверить сопротивление между жилами кабелей по отдельности. Такая проверка уже точно позволит определить, в каком именно из кабелей имеется замыкание. Поврежденная линия подлежит замене, а жилы в коробке необходимо вновь соединить с применением сертифицированных зажимов.

Короткое замыкание в цепи освещения

Если срабатывающий автоматический выключатель защищает цепи освещения, то проверку можно начать с введения автомата при выключенных выключателях. Не сработал автомат — можно поочередно щелкать выключателями для того, чтобы выяснить, в цепи какого именно из них имеется короткое замыкание. Таким образом сужаем область поиска до цепи группы светильников, вводимых с одного выключателя.

В этой группе следует тщательно осмотреть каждый светильник, выкрутив лампы и рассмотрев клеммные зажимы. Мультиметром можно измерить сопротивление между фазным и нулевым проводом со стороны каждого светильника. При этом можно определить светильник или кабельную линию, в которой произошло замыкание.

Если же короткое замыкание выявляется на всех светильниках группы, или присутствует в сети вне зависимости от положения выключателя, то местом замыкания, скорее всего, является ответвительная коробка освещения. Ее необходимо вскрыть и проверить точно так же, как в случае с замыканием розеточной сети. Ну, а если и в коробке полный порядок, то прозваниваем отдельные кабельные линии, разъединив их концы.

Перегрузка сети

Как уже говорилось, в случае перегрузки сети по току автоматическому выключателю требуется некоторое время для срабатывания. Обычно речь идет о нескольких минутах. Поэтому если автомат вышибает время от времени, то очень может быть, что вы имеете дело именно с перегрузкой.

Перегрузка цепи освещения — явление достаточно редкое, и чтобы его избежать, используйте только лампы, подходящие по мощности к вашим светильникам, а модернизацию цепи освещения производите с учетом резерва по мощности. Ведь цепи освещения отдельных квартир часто бывают защищены одним автоматом на десять ампер. Этого часто бывает и достаточно, но при установке большого количества дополнительных светильников в щитке необходимо предусмотреть дополнительный автомат освещения для их питания, особенно, если светильники галогеновые или с обычными лампами накаливания.

Перегрузка розеточной сети — это совсем не редкость. Во время проектирования и монтажа электропроводки в доме невозможно точно определить нагрузку на каждую группу. Поэтому для удобства жильцов на группу, включаемую одним автоматическим выключателем, приходится по три-четыре розетки. И, несмотря на то, что номинал автоматического выключателя обычно подбирается по сечению питающей жилы и не превышает 25 ампер, номинальный ток розеток может составлять 16 ампер.

Здесь есть все предпосылки для перегрузки, если все мощные электроприемники, такие как чайник, утюг, микроволновая печь и тому подобное, включить в розетки одной группы. Тут уж, разумеется, сработает автоматический выключатель. И чтобы подобного не происходило, необходимо равномерно распределять мощную нагрузку между группами, а при отсутствии такой возможности — не включать в сеть одновременно несколько мощных электроприемников.

Случается, что неисправный электроприбор потребляет повышенный ток, который приводит к перегрузке сети и срабатыванию автоматического выключателя. Замерить ток в бытовых условиях не всегда возможно, но если срабатывание теплового расцепителя происходит только при включении какого-то одного электроприемника, а номинальная мощность этого прибора не превышает 2,5 кВт, то следует произвести его ревизию на предмет наличия неисправностей.

Неисправность автоматического выключателя

Не так уж и редко причиной постоянного срабатывания автоматических выключателей является неисправность последних. Даже среди новых автоматов допускается некоторое количество бракованных экземпляров. Их неспособность держать уставку (а касается это, в основном, тепловых расцепителей) часто выявляется только в ходе эксплуатации.

Поэтому при систематическом срабатывании теплового расцепителя автомата, прежде чем приступать к радикальным методам решения проблемы, можно просто произвести пробную замену автомата на схожий по номиналу и характеристике.

В заключение

В статье мы умышленно обошли стороной моменты, когда срабатывание автомата вызвано — это тема отдельного разговора. По той же причине мы не стали касаться ситуации, когда срабатывает дифференциальный автоматический выключатель.

Но напоследок хотелось бы напомнить, что самый популярный способ решения проблемы срабатывающего автомата — замена его на автомат большего номинала — не допустим категорически. Автоматические выключатели — это аппараты, обеспечивающие защиту от пожара и повреждений. Их номинал подбирается именно с целью обеспечения безопасности. Произвольно выбранный автомат не выполнит своих функций и не защитит от опасных режимов работы электрической сети.

Александр Молоков

В любом имеющем электропроводку доме на распределительном щите есть автоматический выключатель (автомат). Это устройство предназначено для автоматического обесточивания сети. Для того чтобы понять, почему выбивает автомат в щитке и что делать, надо определить причины этого явления.

Основные причины

Если подключение устройства в розеточную группу приведёт к превышению суммарной мощности, его следует подсоединить к другой цепи

Автомат в распределительном щитке может сработать вследствие следующих причин:

  • подключение слишком большой нагрузки;
  • короткое замыкание;
  • неисправность самого автомата.

При включении в сеть большого количества электроприборов в цепи может возникнуть ток, значение которого превышает допустимое для этой цепи. Это может случиться, когда одновременно включаются чайник, машина для стирки, электроплита и другие приборы. В этом случае срабатывает автомат, который отключает сеть. В современных автоматах на превышение тока реагирует тепловой расцепитель.

При частых срабатываниях автоматического выключателя категорически запрещается его замена на аппарат с большим номиналом!

В случае короткого замыкания происходит резкое увеличение тока. Тогда срабатывает электромагнитный расцепитель автомата. При этом в катушку втягивается сердечник и через рычаги размыкает контакты. Время срабатывания этого расцепителя не превышает 0,02 с.

В некоторых случаях виновником отключения может стать неисправность самого автомата, представляющего довольно сложную конструкцию.

Возможные последствия

Короткое замыкание — самая частая причина пожаров в квартирах и домах

Последствиями внезапного отключения сети при срабатывании автомата, в худшем случае, могут быть перерывы в компьютерной игре или в работе стиральной машины. Гораздо более тяжёлые последствия могут возникнуть, если автомат не сработает. Например, если он откажет при коротком замыкании, то может возникнуть возгорание, которое часто приводит к пожару.

Что делать

Если у вас в квартирном щите до сих пор пробки, то следует покончить с этим раз и навсегда, установив качественные автоматические выключатели

В случае отключения сети вначале желательно разобраться в том, почему выбивает автомат в щитке. Для этого можно использовать следующий алгоритм:

  1. Определить суммарную мощность всех подключённых электроприборов.
  2. Разделить суммарную мощность на напряжение 220 В и определить суммарный потребляемый ток (Iп).
  3. Сравнить потребляемый ток с номинальным током (Iн) автомата.
  4. Если Iп > Iн, то необходимо сократить число включённых приборов таким образом, чтобы Iп

Если неисправность связана с появлением короткого замыкания, то вначале необходимо проверить каждый из подключённых приборов. Это можно сделать, например, путём их поочерёдного отключения. Если окажется, что при отключении всех электроприборов в цепи остаётся короткое замыкание, то следует проверить саму электропроводку, в том числе такие её элементы, как выключатели или розетки.

Если окажется, что автомат отключается сам по себе независимо от наличия неисправностей в цепи, то его следует заменить на исправный.

Поскольку по технике безопасности замену такого прибора необходимо производить при отключённом напряжении, подводимом к щитку, то эту замену лучше поручить электромонтёру.

В большинстве случаев срабатывание автомата в щитке — его штатная работа, и то, что он её выполняет — очень хорошо, так и должно быть, но при условии, что сам автоматический выключатель исправен. Для проверки работы электрической сети в квартире или доме лучше пригласить специалиста.

Срабатывание автоматического выключателя – первый признак проблем энергоснабжения дома или квартиры, их решение не терпит отлагательств.

В случае нечастых перебоев, жильцы редко обращаются к электрикам за проверкой или , поскольку считают, что реальных осложнений нет. В большинстве случаев просто автомат включается заново и все возвращается на «круги свои». Но такой подход не верный, поскольку дальнейшие сбои гарантированны, ведь истинная причина не устранена, а значит может и перегореть проводка, может по плавиться сам автоматический выключатель, а может сгореть и электроприбор.

Рассмотрим первопричины выбивания автоматов на щитке и пути решения ситуации.

Возможные причины отключения автомата в электрощите

Существует несколько источников нестабильной работы автомата. С некоторыми из них можно справиться самостоятельно, а на некоторые нужно .

Высокая нагрузка на проводку

Перегруз сети выступает главным виновником выбивания автомата. Биметаллическая пластина внутри прибора нагревается, размыкая контакт. Это происходит, когда к одной электрической группе одновременно подключено несколько мощных приборов (бойлер, холодильник, стиральная машинка), и их суммарная мощность достигает 17-20 Ампер. Автомат же рассчитан на пиковую нагрузку 16 Ампер. Результат одновременного задействования группы устройств – срабатывает автоматический выключатель, прекращая подачу электричества, сохраняя целостность электропроводки..

Существует четыре варианта решения проблемы:

установить автомат мощнее, но возникает риск воспламенения оставшейся старой проводки: ведь нагрузка остается прежней и если автомат не сработает, а провода не выдержат большей нагрузки, то они просто могут перегореть;

избегать одновременного включения нескольких мощных приборов;

распределить мощность приборов по разным автоматам, но понадобится прокладка нового кабеля, установка дополнительной розетки;

заменить старый провод на новый большего сечения.

Последний вариант считается самым приемлемым – он гарантирует надежность, минимизирует риск отключения автоматики в будущем. Реализация задуманного невозможна без помощи специалиста.

Выход из строя бытового прибора

Причиной отключения автомата выступают вышедшие из строя используемые электроприборы. Необходимо определить, какая именно техника неисправна. Первое – отключите бытовые приспособления, включенные до момента выбивания автомата. Потом поочередно подключайте и наблюдайте, на каком устройстве автоматика вновь отключит электричество.

Выбивать автомат при включении холодильника может:

вышедший из строя компрессор;

нарушение функционирования пускового реле;

перегоревший ТЭН испарительного блока системы «No Frost».


При выбивании автомата на счетчике одновременно с пуском электрического котла первопричиной выступают неисправности:

повреждение ТЭНов: теплоноситель контактирует со спиралью, размещенной внутри;

перебит кабель питания;

наблюдается пробой на корпус, возникающий при оголении внутренней проводки котла.

Для микроволновок характерны такие неполадки, влияющие на срабатывание автоматического выключателя:

дефекты работы трансформатора, преобразовывающего ток напряжения с одного вида в другой;

замыкание внутри магнетрона.

Короткое замыкание

Подобная ситуация возникает, когда провод фазы контактирует с нулем. Результат – автомат может выбивать без нагрузки. Часто такое случается после проведения ремонтных или монтажных работ с просверливанием отверстий в стенах, где проложен кабель.

Для предупреждения замыкания необходимо обследовать места, которые были затронуты во время ремонта. При выявлении повреждения провода его нужно заменить на новый.

Плохой контакт

Если отключение автоматики началось без явных причин, проблема кроется в местах соединения проводов. Область изъяна определить легко: недалеко от самого щита или вблизи комнатных розеток. Для начала нужно перепроверить все зажимы в щитовой возле счетчика, особенно если наблюдается выбивание вводного автомата. Далее переходим к распределительным коробкам, розеткам, включателям.

Если после перепроверки всех соединений, продолжает выбивать — значит проблема кроется непосредственно в неисправности прибора-автомат, он требует замены.

Другие причины срабатывания автоматического выключателя

Выбивание также может быть связано с кратковременным повышением тока при перегорании лампочки накаливания. Особенно часты случаи, когда установленный выключатель рассчитан на незначительную силу – до 10 Ампер.

Встречаются случаи, когда выбивает автомат при включении стабилизатора напряжения, что связано с техническими особенностями последних. При их включении образуется ток, который превышает значение имеющегося автоматического выключателя. Помните, что недорогие стабилизаторы часто подводят, ненадежны, потому часто пробивают.

Несмотря на то, что с первого взгляда кажется будто проблема легко решаема, ремонт и замену должен проводить исключительно профессиональный электрик. В ином случае может пострадать не только электроприбор, но и воспламенится или будет плавиться вся проводка

Компания «ЛюксЭнергоСервис» предоставляет комплексные услуги по обслуживанию электрических сетей в квартирах и частных домах. Мастера нашего штата имеют соответствующее образование и допуски на выполнение электромонтажных работ, в том числе с сетями высокого напряжения (более 1000 В).

Нередко происходит отключение автоматического выключателя, установленного на вводе в квартиру. Распространенный, но неправильный способ устранения частого отключения АВ – замена на прибор большего номинала. Проблема может только усугубиться, есть вероятность повреждения проводки или приборов.

Автоматические выключатели – устройство и как работают

Когда выбивает автомат в щитке, его включают вручную, но если это случается слишком часто, начинают задумываться о причинах и способах их устранения. Чтобы яснее представлять, почему так часто ток автоматически отключается, следует ознакомиться с автоматическими выключателями и их работой. Электрический ток характеризуется силой тока и напряжением. Из этих показателей высчитывается мощность.

При постоянной величине напряжения сила тока зависит от подключенной мощности. Эту закономерность используют для защиты проводки и приборов.

Самый распространенный тип аппаратов, защищающих домашнюю сеть – автоматический выключатель. Каждый автомат:

  • рассчитан на определенное количество срабатываний;
  • имеет свой порог чувствительности, при превышении отключает потребителей;
  • имеет ограничение по току.

Многие, наверное, еще и сейчас используют пробки, 6 А, 10 А и так далее. Автоматы также выпускаются с расчетом на различную силу тока. Автоматические выключатели устанавливаются для защиты от короткого замыкания и перегрузок, которые могут привести к пожару. Так что устанавливать автоматы и пробки большего номинала, ставить жучки нельзя, они не смогут выполнять свою защитную функцию.

Еще одно устройство защиты – дифференциальное реле (УЗО). Когда происходит утечка тока, большего, чем заложен в параметрах прибора, реле разрывает цепь. УЗО рассчитаны на ток утечки 30 мА, но если помещение влажное, рекомендуется дифреле на 10 мА. С током утечки потребители иногда встречаются, когда, прикоснувшись, например, к холодильнику, ощущают удар током, если на щитке нет УЗО, при его наличии цепь при утечке тока разрывается.

Следующее более совершенное устройство – дифференциальный автомат, сочетающий функции автоматического выключателя и дифференциального реле, то есть срабатывает при перегрузке и утечке тока. Для защиты приборов от повышенного напряжения и скачков в сети служит . Его регулируют по минимальному напряжению или максимальному, времени срабатывания при нарушении диапазона заданных напряжений. Незаменимая вещь для домашней сети, если напряжение нестабильное.

Почему срабатывает автомат – возможные причины

Вызывают многие причины, от самых простых до довольно сложных. Найти причину, почему выбивает пробки, не составляет большого труда, приглашать электрика совсем не обязательно. Наиболее часто встречается отключение цепи в квартире, когда включено слишком много потребителей, тогда нагрузка по силе тока превышает максимально допустимую для АВ. Прибор защиты просто выполняет свою непосредственную работу – разрывает цепь, чтобы не произошло повреждения проводки.

Каждый автомат рассчитан на определенную нагрузку: 6 А, 10 А, 16 А и далее. Если одновременно включить несколько приборов солидной мощности, ток может достичь предела большего, чем выдерживает АВ, срабатывает защита. Наиболее распространены автоматы на 16 А, но одновременного включения стиральной машины, бойлера, электрочайника, кондиционера он не выдержит. Происходит отключение, проводка защищена от перегрузки. Если автомат имеет тепловой расцепитель, включить его сразу не удастся, он должен остыть.

Возможно также, что отключение происходит из-за неисправности самого защитного устройства. Иногда покупается бракованное изделие: на аппарате указан один номинальный ток, а он в действительности выдерживает значительно меньший. Корпус при этом нагревается, что говорит о срабатывании теплового расцепителя. Когда ток нагрузки, при котором срабатывает автомат и номинальный сильно не отличаются, аппарат исправен. На его работу влияет температура воздуха, класс изделия.

Частое срабатывание автомата происходит, если контакт на входе выполнен некачественно. Нагревается контактная пластина, само устройство, срабатывает тепловая защита. Часто корпус около вводных клемм, изоляция проводника оплавлены, что свидетельствует о перегреве из-за плохого контакта, и автомат отключает цепь. Возможно, что следов оплавления нет, но корпус горячий – значит, контакты плохие, но еще не успели подгореть.

Если подключен прибор, и автомат, до сих пор нормально работавший, мгновенно отключил цепь – причина, скорее всего, в поломке электроприбора. Отключаем его, включаем автоматический выключатель и другой прибор в ту же розетку. Если он работает, то причина кроется в неисправности бытового электроприбора. Повторное отключение автомата указывает на другие причины.

Причины частого выбивания автомата иногда кроются в повреждении проводки, отчего происходит короткое замыкание. Фаза и нуль где-то соприкасаются оголенными участками проводов, автомат реагирует на КЗ и отключает сеть. Отключаем всех потребителей, включаем АВ. Если автомат сработал – причина в проводке. Это часто одна из самых сложных неисправностей, найти место короткого замыкания иногда очень трудно, особенно если повреждена проводка в стене.

Устраняем причины частого отключения АВ – что и как делать

Если пропал свет, не работают розетки, идем к щитку и смотрим на автоматические выключатели. Чаще всего придется просто включить автомат. Современные АВ при срабатывании отправляют ручку включения вниз. Чтобы включить питание, поднимаем ее вверх. Во многих домах еще встречаются автоматы старого советского образца, у которых при срабатывании ручка находится в верхнем положении. Если АВ в щитке много, найти сработавший трудно. По очереди выключаем и включаем все автоматы.

Если сеть перегружена, она будет отключаться автоматом, но не постоянно, а через некоторый временной промежуток, необходимый для срабатывания защиты. Реже всего случается перегрузка цепей освещения. Обычно их защищает один автоматический выключатель на 10 А, этого в большинстве случаев достаточно. Но если установлено много дополнительных светильников, особенно галогеновых или с применением ламп накаливания, ставим отдельный автомат для освещения.

Гораздо чаще встречается перегрузка сети от бытовых электроприборов. Если включить потребителей на 20 А, а номинальный ток срабатывания автомата – 16 А, цепь, конечно, разорвется. Чтобы появилось полное убеждение, что автомат срабатывает от перегрузки, подсчитываем общее потребление тока электроприборами. Особенно хорошо это сделать в момент отключения электричества защитным устройством. Суммируем мощность всех включенных приборов, это число делим на напряжение сети (220 В), получаем силу тока в Амперах.

Сравниваем нагрузку сети с номиналом автоматического выключателя. В случае значительного превышения нагрузки тока от номинального автомата используем одновременно меньшее количество бытовых приборов. Если в доме старая алюминиевая проводка с малым сечением, устанавливаем дополнительное устройство – приоритетное реле тока, которое принудительно отключит неприоритетный прибор. Амперметр и вольтметр в щитке позволят визуально контролировать нагрузку и напряжение.

Плохой контакт возникает при некачественном соединении, может быть в любом месте – от , распределительных коробок до светильников и розеток. Слабо подтянутые контакты затягиваем, если они не успели подгореть, оплавленный автоматический выключатель меняем на аналогичный. Контакты розеток со временем ослабевают, подгорают. Смотря по степени повреждения, поджимаем контакты или меняем розетку. Осматриваем систему освещения – выключатели, светильники и устраняем неполадки аналогичным способом, что и в розетках. В последнюю очередь смотрим контакты в распределительных коробках, устраняем проблемы.

Бытовая техника может иметь различные неисправности, способные вызвать срабатывание защитного автомата. Если это происходит с определенной закономерностью, большая вероятность именно такой причины. Замечаем, при включении какой техники срабатывает автомат, отключаем ее и смотрим, как ведет себя АВ без этого прибора. Если отключения не происходит, ищем неисправность в бытовой технике или сдаем в ремонт.

При коротком замыкании, если выбило пробки, делаем осмотр выключателей и розеток, проверяем, как подключены жилы к клеммам, подтягиваем винты, если провода настолько слабо затянуты, что могут соприкасаться и коротить. Дальше переходим к распределительным коробкам, проверяем, нет ли оголенных проводов, способных при касании вызвать короткое замыкание. Затем проверяем качество соединений в светильниках, люстрах. Последней проверяем проводку, которая в большинстве скрыта в стене. Для обнаружения КЗ пользуемся тестером или вызываем электрика, имеющего тепловизор или другие приборы, способные обнаружить короткое замыкание в скрытой проводке.

Другие причины отключения сети автоматом случаются довольно редко. Перегорела лампочка накаливания, АВ разорвал цепь. Ничего страшного нет, просто возникла кратковременная перегрузка, автомат среагировал. Иногда выбивает при включении стабилизатора, если он при запуске создает ток, выше номинального в автомате. Если отключение происходит при включении освещения, проверяем светильники мультиметром. После затопления квартиры случается, что расклеивается изоляция, происходит короткое замыкание. Обязательно после подтопления проверяем всю проводку.

Устанавливаем защитное устройство – как подобрать номинал

Если требуется установить автоматический выключатель, отличающийся номиналом от установленного ранее, требуется осторожность. Неправильно подобранный номинал может вызвать возгорание проводки или постоянное отключение автомата. Если использовать способ, когда мощность приборов делят на 220 и не учитывать другие факторы, можно совершить ошибку. Обязательно учитываем внутри дома.

Если выбило пробку, необязательно менять ее на автоматический выключатель. Ведь пробка – тот же автомат с аналогичными функциями.

Если в квартире используется старая алюминиевая проводка 2,5 мм 2 , изоляция задубела и потрескалась, выбираем только автомат на 16 А, какие бы приборы не использовали. Возможный вариант – проводим еще один фазный провод и устанавливаем на каждый АВ с номиналом 16 А, потому что такая проводка способна выдержать только 19 А. Выбираем для автомата номинал 16 А, чтобы он надежно срабатывал и не загорелись провода. Одновременно включаем электроприборы общей мощностью до 3,5 кВт.

Если проводка новая медная, но сечение неизвестное, нужно его определить. Берем небольшой кусочек провода, идем в магазин, сравниваем с образцами электропроводки. После определения сечения подбираем автоматический выключатель:

  • на вход медного кабеля 1,5 мм 2 устанавливаем 10-амперный автомат;
  • при сечении 2,5 мм 2 – 20 А, но лучше 16;
  • кабель 4 мм 2 выдержит ток 25 А;
  • 32 А подойдет для кабеля 6 мм 2 .

Подсчитываем нагрузку для каждой линии.

Когда одновременно меняем автоматический выключатель и проводку, предельный номинальный ток автомата для городских многоэтажек – 40 А, чтобы не пострадала проводка от ЛЭП к дому. Устанавливаем щиток с отдельными автоматами для каждой линии. Смотрим мощность приборов для каждой линии, подбираем кабель с соответствующим сечением и только потом автоматический выключатель соответствующего номинала.

Для защиты бытовых электрических цепей обычно используются автоматические выключатели модульной конструкции. Компактность, легкость монтажа и замены, в случае необходимости, объясняет их широкое распространение.

Внешне такой автомат представляет собой корпус из термостойкой пластмассы. На лицевой поверхности расположена рукоятка включения и выключения, сзади – фиксатор-защелка для крепления на DIN-рейке, а сверху и снизу – винтовые клеммы. В данной статье рассмотрим .

Как работает автоматический выключатель?

В режиме штатной работы через автомат протекает ток, меньший или равный номинальному значению. Питающее напряжение от внешней сети подается на верхнюю клемму, соединенную с неподвижным контактом. С неподвижного контакта ток поступает на замкнутый с ним подвижный контакт, а от него, через гибкий медный проводник – на катушку соленоида. После соленоида ток подается на тепловой расцепитель и уже после него – на нижнюю клемму, с подключенной к ней сетью нагрузки.

В аварийных режимах автоматический выключатель отключает защищаемую цепь за счет срабатывания механизма свободного расцепления, приводимого в действие тепловым или электромагнитным расцепителем. Причиной такого срабатывания является перегрузка или короткое замыкание.

Тепловой расцепитель – это биметаллическая пластина, состоящая из двух слоев сплавов с различными коэффициентами термического расширения. При прохождении электрического тока пластина нагревается и изгибается в сторону слоя с меньшим коэффициентом термического расширения. При превышении заданного значения силы тока, изгиб пластины достигает величины, достаточной для приведения в действие механизма расцепления, и цепь размыкается, отсекая защищаемую нагрузку.

Электромагнитный расцепитель состоит из соленоида с подвижным стальным сердечником, удерживаемым пружиной. При превышении заданного значения тока, по закону электромагнитной индукции в катушке наводится электромагнитное поле, под действием которого сердечник втягивается внутрь катушки соленоида, преодолевая сопротивление пружины, и вызывает срабатывание механизма расцепления. В нормальном режиме работы в катушке также наводится магнитное поле, но его силы недостаточно, чтобы преодолеть сопротивление пружины и втянуть сердечник.

Как работает автомат в режиме перегрузки

Режим перегрузки возникает, когда ток в подключенной к автомату цепи превышает номинальное значение, на которое рассчитан автоматический выключатель . При этом повышенный ток, проходящий через тепловой расцепитель, вызывает повышение температуры биметаллической пластины и, соответственно, увеличение ее изгиба вплоть до срабатывания механизма расцепления. Автомат отключается и размыкает цепь.

Срабатывание тепловой защиты не происходит мгновенно, поскольку на разогрев биметаллической пластины потребуется некоторое время. Это время может варьироваться в зависимости от величины превышения номинального значения тока от нескольких секунд до часа.

Такая задержка позволяет избежать отключения питания при случайных и непродолжительных повышениях тока в цепи (например, при включении электродвигателей которые имеют большие пусковые токи).

Минимальное значение тока, при котором должен сработать тепловой расцепитель, устанавливается при помощи регулировочного винта на заводе-изготовителе. Обычно это значение в 1,13-1,45 раз превышает номинал, указанный на маркировке автомата .

На величину тока, при котором сработает тепловая защита, влияет и температура окружающей среды. В жарком помещении биметаллическая пластина прогреется и изогнется до срабатывания при меньшем токе. А в помещениях с низкими температурами ток, при котором сработает тепловой расцепитель, может оказаться выше допустимого.

Причиной перегрузки сети является подключение к ней потребителей, суммарная мощность которых превышает расчетную мощность защищаемой сети. Одновременное включение различных видов мощной бытовой техники (кондиционер, электрическая плита, стиральная и посудомоечная машина, утюг, электрочайник и т.д.) – вполне может привести к срабатыванию теплового расцепителя.

В этом случае определитесь, какие из потребителей можно отключить. И не спешите снова включать автомат. Вы все равно не сможете взвести его в рабочее положение, пока он не остынет, а биметаллическая пластина расцепителя не вернется в свое исходное состояние. Теперь вы знаете при перегрузках

Как работает автомат в режиме короткого замыкания

В случае короткого замыкания иной. При коротком замыкании ток в цепи резко и многократно возрастает до значений, способных расплавить проводку, а точнее изоляцию электропроводки. Для того чтобы предотвратить такое развитие событий необходимо мгновенно разорвать цепь. Электромагнитный расцепитель именно так и срабатывает.

Электромагнитный расцепитель представляет собой катушку соленоида, внутри которой расположен стальной сердечник, удерживаемый в фиксированном положении пружиной.

Многократное возрастание тока в обмотке соленоида, происходящее при коротком замыкании в цепи, приводит к пропорциональному возрастанию магнитного потока, под действием которого сердечник втягивается в катушку соленоида, преодолевая сопротивление пружины, и нажимает на спусковую планку механизма расцепления. Силовые контакты автомата размыкаются, прерывая питание аварийного участка цепи.

Таким образом, срабатывание электромагнитного расцепителя защищает от возгорания и разрушения электропроводку, замкнувший электроприбор и сам автомат. Время его срабатывания составляет порядка 0,02 секунды, и электропроводка не успевает разогреться до опасных температур.

В момент размыкания силовых контактов автомата, когда по ним проходит большой ток, между ними возникает электрическая дуга, температура которой может достигать 3000 градусов.

Чтобы защитить контакты и другие детали автомата от разрушительного воздействия этой дуги, в конструкции автомата предусмотрена дугогасительная камера. Дугогасительная камера представляет собой решетку из набора металлических пластин, которые изолированы друг от друга.

Дуга возникает в месте размыкания контакта, а затем один ее конец движется вместе с подвижным контактом, а второй скользит сначала по неподвижному контакту, а потом по соединенному с ним проводнику, ведущему к задней стенке дугогасительной камеры.

Там она делится (дробится) на пластинах дугогасительной камеры, слабеет и гаснет. В нижней части автомата предусмотрены специальные отверстия для отвода газов, образующихся при горении дуги.

В случае отключения автомата при срабатывании электромагнитного расцепителя, вы не сможете пользоваться электричеством до тех пор пока не найдете и не устраните причину короткого замыкания. Вероятнее всего причина в неисправности одного из потребителей.

Отключите все потребители и попробуйте включить автомат. Если вам это удалось и автомат не выбивает, значит, действительно – виноват один из потребителей и вам осталось выяснить какой именно. Если же автомат и с отключенными потребителями снова выбивает, значит все гораздо сложнее, и мы имеем дело с пробоем изоляции проводки. Придется искать, где это произошло.

Вот таков в условиях различных аварийных ситуаций.

Если отключение автоматического выключателя стало для вас постоянной проблемой, не пытайтесь решить ее установкой автомата с большим номинальным током.

Автоматы устанавливаются с учетом сечения вашей проводки, и, значит, больший ток в вашей сети просто не допускается. Найти решение проблемы можно только после полного обследования системы электроснабжения вашего жилища профессионалами.

Что такое дифавтомат и для чего его применяют?

Дифференциальный автомат — это низковольтный комбинированный электрический аппарат, совмещающий в одном корпусе функции двух защитных устройств — УЗО и автоматического выключателя. Благодаря этому данное изделие является достаточно популярным и широко применяется как в бытовых условиях, так и на производстве. В этой статье мы рассмотрим устройство, назначение и принцип работы дифавтомата.

Во-первых, данный электрический аппарат служит для защиты участка электрической сети от повреждения из-за протекания по нему сверхтоков, которые возникают при перегрузке или коротком замыкании (функция автоматического выключателя). Во-вторых, дифференциальный автомат предотвращает возникновение пожара и поражение людей электрическим током в результате возникновения утечки электричества через поврежденную изоляцию кабеля линии электропроводки или неисправного бытового электроприбора (функция устройства защитного отключения).

Устройство и принцип действия

Для начала приведем обозначение на схеме по ГОСТ, по которому наглядно видно, из чего состоит дифавтомат:


На обозначении видно, что основными элементами конструкции дифавтомата является дифференциальный трансформатор (1), электромагнитный (2) и тепловой (3) расцепители. Ниже кратко охарактеризуем каждый из приведенных элементов.

Дифференциальный трансформатор имеет несколько обмоток, в зависимости от количества полюсов устройства. Данный элемент осуществляет сравнение токов нагрузки по проводникам и в случае их несимметричности на выходе вторичной обмотки данного трансформатора появляется так называемый ток утечки. Он поступает на пусковой орган, который без выдержки времени осуществляет расцепление силовых контактов автомата.

Также следует упомянуть о кнопке проверки работоспособности защитного аппарата «TEST». Данная кнопка подключается последовательно с сопротивлением, которое включается или отдельной обмоткой на трансформатор либо параллельно одной из имеющихся. При нажатии на данную кнопку сопротивление создает искусственный небаланс токов – возникает дифференциальный ток и дифавтомат должен сработать, что свидетельствует о его исправном состоянии.

Электромагнитный расцепитель представляет собой электромагнит с сердечником, который воздействует на механизм отключения. Данный электромагнит срабатывает в случае достижения тока нагрузки порога срабатывания — обычно это случается при возникновении короткого замыкания. Данный расцепитель срабатывает мгновенно, за доли секунд.

Тепловой расцепитель осуществляет защиту электрической сети от перегрузки. Конструктивно представляет собой биметаллическую пластину, которая деформируется при протекании через нее тока нагрузки, превышающего номинальный для данного аппарата. При достижении определенного положения биметаллическая пластина воздействует на механизм отключения дифавтомата. Срабатывание теплового расцепителя происходит не сразу, а с выдержкой времени. Время срабатывания прямо пропорционально величине тока нагрузки, протекающего по дифференциального автомату, а также зависит от температуры окружающей среды.

На корпусе указывается порог срабатывания дифференциального трансформатора — ток утечки в мА, номинальный ток теплового расцепителя (при котором работает неограниченное время) в А. Пример маркировки на корпусе — С16 А / 30 мА. В данном случае маркировка “С” перед значением номинала показывает кратность срабатывания электромагнитного расцепителя (класс аппарата). Буква “С” указывает, что электромагнитный расцепитель сработает при превышении номинала 16А в 5-10 раз.

Область применения

Для чего применяют дифференциальный автомат, если существует два отдельных защитных аппарата (УЗО и автомат), каждый из которого выполняет свою функцию?

Основное преимущество дифавтомата — компактность. Он занимает меньше места на DIN-рейке в электрическом распределительном щитке, чем в случае установки двух отдельных аппаратов. Эта особенность особенно актуальная при необходимости установки в распределительном щитке нескольких устройств защитного отключения и автоматических выключателей. В данном случае посредством установки дифавтоматов можно значительно сэкономить место в распределительном щитке и соответственно уменьшить его размер.

Дифференциальный автомат широко применяется для защиты электропроводок практически повсеместно, как в быту, так и в помещениях другого назначения (в различных учреждениях, на предприятиях).

Дифавтомат ничем не уступает аналогичным по характеристикам УЗО и автоматическому выключателю, поэтому каких-либо ограничений в его применении нет. Данный защитный аппарат можно устанавливать, как на вводе (в качестве резервирующего), так и на отходящих линиях электропроводки для обеспечения пожаробезопасности, безопасности людей в отношения поражения электричеством, а также для защиты от сверхтоков.

Источник: сайт Сам электрик.

Дифференциальный автомат. Назначение и принцип работы дифференциального автомата ~ Электрик в квартире и частном доме.

Дифференциальный автоматический выключатель представляет собой уникальное устройство, в котором одновременно сочетаются функции автоматического выключателя и защитные свойства УЗО.
Дифференциальный автомат предназначен для защиты человека от поражений электрическим током при его соприкосновении с токоведущими частями электрооборудования либо при утечке электрического тока. В этом случае дифференциальный автомат выполняет функции устройства защитного отключения.

Также устройство осуществляет защиту электрической сети от коротких замыканий и перегрузок, выполняя функции автоматического выключателя.

Конструкция устройства

Конструктивно диф автоматы из состоят рабочей и защитной части.
Рабочая часть представляет собой автоматический выключатель, в котором имеется специальный механизм независимого расцепления и рейка сброса с помощью внешнего механического воздействия. В различных типах диф автоматов устанавливаются четырехполюсные или двухполюсные автоматические выключатели.
Дифференциальный автомат, как и обычный автоматический выключатель, оборудован двумя расцепителями:
  • — электромагнитный расцепитель отключает линию электропитания в случае короткого замыкания;
  • — тепловой расцепитель срабатывает в случае возникновения перегрузки защищаемой группы.
Защитной частью устройства является модуль дифференциальной защиты. Он обнаруживает дифференциальный электрический ток на землю (ток утечки). Кроме этого, модуль преобразовывает электрический ток в механическое воздействие, с помощью которого через специальную рейку осуществляется сброс выключателя.
Для обеспечения питания модуля защиты от электрического тока он включается последовательно с автоматическим выключателем.
В модуле защиты от электрического тока имеются некоторые дополнительные устройства, среди которых дифференциальный трансформатор, обнаруживающий остаточный электрический ток, а также электронный усилитель с катушкой электромагнитного сброса.
Для проверки исправности модуля дифференциальной защиты на корпусе устройства расположена специальная кнопка «Тест». При нажатии на эту кнопку создается искусственный ток утечки и автомат (если он исправен) должен отключиться.

Как работает диф автомат

В диф автомате, как и в устройстве защитного отключения, в качестве датчика утечки тока применяется специальный трансформатор. Работа этого трансформатора основана на изменении дифференциального тока в проводниках, подающих электрическую энергию на электроустановку, на которой обеспечивается защита.
Ток утечки отсутствует, если нет повреждений изоляции электропроводки или к токоведущим частям установки никто не прикасается. В этом случае в нулевом и фазном проводе нагрузки будут протекать равные токи.
Этими токами в магнитном сердечнике трансформатора тока наводятся встречно направленные равные магнитные потоки. В результате этого ток вторичной обмотки равен нулю и чувствительный элемент – магнитоэлектрическая защелка не срабатывает.
В случае возникновения утечки, к примеру, если человек случайно прикоснется к фазному проводнику или при нарушении изоляционных свойств диэлектрика, происходит нарушение баланса тока и магнитных потоков.
Во вторичной обмотке возникает электрический ток, который приводит в действие магнитоэлектрическую защелку. Сработавшая защелка воздействует на механизм, расцепляющий автомат и контактную систему.

Где применяются диф автоматы

Дифференциальный автомат может с успехом применяться в однофазных и трехфазных сетях переменного тока. Эти устройства способствуют значительному повышению уровня безопасности в процессе постоянной эксплуатации различных электроприборов.
Кроме этого, дифференциальные автоматические выключатели способствуют предотвращению пожаров, вызванных возгоранием изоляции токоведущих частей некоторых электрических приборов.

Автоматические выключатели Энергия ВА 47-100

Характеристики:

Название модели Автоматический выключатель ВА47-100 1P 80А (С) 10кА ЭНЕРГИЯ

Артикул Е0301-0081

Номинальное напряжение АС, В 230/400

Частота, Гц 50 (60)

Номинальная отключающая способность, кА 10

Характеристика отключения C

Число полюсов 1

Номинальный ток, А 80

Ввод кабеля сечением, мм² 1 – 35

Износостойкость механическая, не менее 2х104 циклов В-О

Износостойкость электрическая, не менее 6000 циклов В-О

Степень защиты, IP 20

Рабочая температура, °С от –45 до +50

Минимальная партия, шт. 12

Как работают электродвигатели?

Щелкни выключателем и получи мгновенную мощность — как бы это понравилось нашим предкам электродвигатели! Вы можете найти их во всем, от электропоезда на дистанционном управлении автомобили — и вы можете быть удивлены, насколько они распространены. Сколько электрических моторы сейчас с тобой в комнате? Есть, наверное, два в компе для начала крутится один твой хард ездить и еще один питание вентилятора охлаждения.Если вы сидите в спальне, вы найдете моторы в фенах и многих игрушки; в ванной — в вытяжках и электробритвах; на кухне моторы есть практически в каждом приборе, от стиральных и посудомоечных машин до кофемолок, микроволновых печей и электрических консервных ножей. Электродвигатели зарекомендовали себя как одни из лучших изобретения всех времен. Давайте разберем некоторые и узнаем, как они работай!

Фото: Даже небольшие электродвигатели на удивление тяжелые.Это потому, что они набиты плотно намотанной медью и тяжелыми магнитами. Это двигатель от старой электрической газонокосилки. Медно-красная штука в сторону Перед осью с прорезями в ней находится коллектор, удерживающий двигатель. вращение в том же направлении (как описано ниже).

Как электромагнетизм заставляет двигатель двигаться?

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

Предположим, вы берете кусок обычной проволоки, делаете из нее большую петлю, и положить его между полюсами мощной, постоянной подковы магнит. Теперь, если вы подключите два конца провода к батарее, провод будет прыгать кратко. Удивительно, когда ты видишь это впервые. Это прямо как по волшебству! Но есть совершенно научная объяснение.Когда электрический ток начинает ползти по проводу, он создает магнитное поле вокруг него. Если разместить провод рядом с постоянным магнит, это временное магнитное поле взаимодействует с постоянным поле магнита. Вы узнаете, что два магнита, расположенные рядом друг с другом либо притягивать, либо отталкивать. Точно так же временный магнетизм вокруг провода притягивает или отталкивает постоянный магнетизм от магнит, и это то, что заставляет провод прыгать.

Как работает электродвигатель — теория

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

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

Если бы катушка проволоки могла двигаться вот так, она бы вращалась непрерывно — и мы были бы на пути к созданию электрического мотор.Но этого не может случиться с нашей нынешней установкой: провода будут быстро запутаться. Не только это, но если бы катушка могла вращаться далеко достаточно, что-то еще случилось бы. Как только катушка достигла вертикали положение, он перевернулся бы, поэтому электрический ток протекать через него в обратном направлении. Теперь силы на каждом сторона катушки перевернута. Вместо непрерывного вращения в в том же направлении, он будет двигаться в том же направлении, в котором только что пришел! Представьте электропоезд с таким двигателем: он будет держать шаркая взад и вперед на месте, даже не двигаясь в любом месте.

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

Как работает электродвигатель на практике

Есть два способа решить эту проблему. Один из них заключается в использовании своего рода электрический ток, который периодически меняет направление, известное как переменный ток (АС).В виде небольшого, на батарейках двигатели, которые мы используем дома, лучшим решением будет добавить компонент называется коммутатором концы катушки. (Не беспокойтесь о бессмысленных технических имя: это немного старомодное слово «коммутация» немного похоже на слово «коммутировать». Это просто означает переход туда и обратно в одном и том же таким образом, что коммутировать означает путешествовать туда и обратно.) В своей простейшей форме коммутатор представляет собой металлическое кольцо, разделенное на две отдельные половины и его работа заключается в изменении направления электрического тока в катушке каждый раз, когда катушка поворачивается на пол-оборота.Один конец катушки присоединен к каждой половине коммутатора. Электрический ток от аккумулятора подключается к электрическим клеммам двигателя. Они подают электроэнергию в коммутатор через пару свободных разъемы, называемые щетками, сделанный либо из кусочков графита (мягкий углерод, похожий на карандашный «свинец») или тонкие отрезки упругого металла, который (как название предполагает) «кисть» против коммутатора. С коммутатор на месте, когда электричество течет по цепи, катушка будет постоянно вращаться в одном и том же направлении.

Работа: Упрощенная схема частей электрического мотор. Анимация: как это работает на практике. Обратите внимание, как коммутатор меняет направление тока каждый раз, когда катушка поворачивается. наполовину. Это означает, что сила на каждой стороне катушки всегда толкая в том же направлении, что заставляет катушку вращаться по часовой стрелке.

Такой простой экспериментальный двигатель не способен много силы. Мы можем увеличить вращающую силу (или крутящий момент) что двигатель можно создать тремя способами: либо мы можем иметь более мощный постоянный магнит, или мы можем увеличить электрический ток течет по проводу, или мы можем сделать катушку, чтобы у нее было много «витки» (петли) очень тонкой проволоки вместо одного «витка» толстой проволоки.На практике двигатель также имеет постоянный магнит, изогнутый в виде дуги. круглой формы, так что он почти касается катушки проволоки, которая вращается внутри него. Чем ближе друг к другу магнит и катушка, тем большее усилие, которое может создать двигатель.

Несмотря на то, что мы описали ряд различных частей, вы можете представить двигатель состоящим всего из двух основных компонентов:

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

Универсальные двигатели

Такие двигатели постоянного тока

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

  • При подаче постоянного тока электромагнит работает как обычный постоянный магнит и создает магнитное поле, направленное всегда в одном направлении. Коммутатор меняет направление тока катушки каждый раз, когда катушка переворачивается, как в простом двигателе постоянного тока, поэтому катушка всегда вращается в одном направлении.
  • Однако, когда вы подаете переменный ток, ток, протекающий через электромагнит, и ток, протекающий через катушку , оба меняются местами, точно в шаге, поэтому сила на катушке всегда в одном направлении, и двигатель всегда вращается по часовой стрелке. или против часовой стрелки.Что с коммутатором? Частота тока изменяется намного быстрее, чем вращается двигатель, и, поскольку поле и ток всегда синхронизированы, на самом деле не имеет значения, в каком положении находится коммутатор в любой данный момент.

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

Фото: Внутри типичного универсального двигателя: Основные части внутри среднего двигателя от кофемолки, который может работать как от постоянного, так и от переменного тока. Серый электромагнит по краю — это статор (статическая часть), питающийся от катушек оранжевого цвета. Обратите также внимание на прорези в коллекторе и упирающиеся в него угольные щетки, которые обеспечивают питание ротора (вращающейся части). Асинхронные двигатели в таких вещах, как электропоезда, во много раз больше и мощнее, чем этот, и всегда работают с использованием переменного тока высокого напряжения (AC) вместо постоянного тока низкого напряжения (DC) или переменного тока умеренно низкого напряжения. который питает универсальные двигатели.

Электродвигатели прочие

Фото: Электродвигатели бывают всех форм и размеров. В этом школьном автобусе есть заменили старый грязный дизельный двигатель на большой электродвигатель (белая рамка) для уменьшения загрязнения воздуха. Фото Денниса Шредера предоставлено NREL (Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).

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

Другой интересной конструкцией является бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC). Статор и ротор эффективно меняются местами, с несколькими статичными железными катушками в центре и постоянным магнитом, вращающимся вокруг них, а коммутатор и щетки заменяются электронной схемой. Вы можете прочитать больше в нашей основной статье о ступичных двигателях. Шаговые двигатели, которые поворачиваются на точно контролируемые углы, являются разновидностью бесщеточных двигателей постоянного тока.

Как работают электродвигатели?

Щелкни выключателем и получи мгновенную мощность — как бы это понравилось нашим предкам электродвигатели! Вы можете найти их во всем, от электропоезда на дистанционном управлении автомобили — и вы можете быть удивлены, насколько они распространены. Сколько электрических моторы сейчас с тобой в комнате? Есть, наверное, два в компе для начала крутится один твой хард ездить и еще один питание вентилятора охлаждения.Если вы сидите в спальне, вы найдете моторы в фенах и многих игрушки; в ванной — в вытяжках и электробритвах; на кухне моторы есть практически в каждом приборе, от стиральных и посудомоечных машин до кофемолок, микроволновых печей и электрических консервных ножей. Электродвигатели зарекомендовали себя как одни из лучших изобретения всех времен. Давайте разберем некоторые и узнаем, как они работай!

Фото: Даже небольшие электродвигатели на удивление тяжелые.Это потому, что они набиты плотно намотанной медью и тяжелыми магнитами. Это двигатель от старой электрической газонокосилки. Медно-красная штука в сторону Перед осью с прорезями в ней находится коллектор, удерживающий двигатель. вращение в том же направлении (как описано ниже).

Как электромагнетизм заставляет двигатель двигаться?

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

Предположим, вы берете кусок обычной проволоки, делаете из нее большую петлю, и положить его между полюсами мощной, постоянной подковы магнит. Теперь, если вы подключите два конца провода к батарее, провод будет прыгать кратко. Удивительно, когда ты видишь это впервые. Это прямо как по волшебству! Но есть совершенно научная объяснение.Когда электрический ток начинает ползти по проводу, он создает магнитное поле вокруг него. Если разместить провод рядом с постоянным магнит, это временное магнитное поле взаимодействует с постоянным поле магнита. Вы узнаете, что два магнита, расположенные рядом друг с другом либо притягивать, либо отталкивать. Точно так же временный магнетизм вокруг провода притягивает или отталкивает постоянный магнетизм от магнит, и это то, что заставляет провод прыгать.

Как работает электродвигатель — теория

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

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

Если бы катушка проволоки могла двигаться вот так, она бы вращалась непрерывно — и мы были бы на пути к созданию электрического мотор.Но этого не может случиться с нашей нынешней установкой: провода будут быстро запутаться. Не только это, но если бы катушка могла вращаться далеко достаточно, что-то еще случилось бы. Как только катушка достигла вертикали положение, он перевернулся бы, поэтому электрический ток протекать через него в обратном направлении. Теперь силы на каждом сторона катушки перевернута. Вместо непрерывного вращения в в том же направлении, он будет двигаться в том же направлении, в котором только что пришел! Представьте электропоезд с таким двигателем: он будет держать шаркая взад и вперед на месте, даже не двигаясь в любом месте.

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

Как работает электродвигатель на практике

Есть два способа решить эту проблему. Один из них заключается в использовании своего рода электрический ток, который периодически меняет направление, известное как переменный ток (АС).В виде небольшого, на батарейках двигатели, которые мы используем дома, лучшим решением будет добавить компонент называется коммутатором концы катушки. (Не беспокойтесь о бессмысленных технических имя: это немного старомодное слово «коммутация» немного похоже на слово «коммутировать». Это просто означает переход туда и обратно в одном и том же таким образом, что коммутировать означает путешествовать туда и обратно.) В своей простейшей форме коммутатор представляет собой металлическое кольцо, разделенное на две отдельные половины и его работа заключается в изменении направления электрического тока в катушке каждый раз, когда катушка поворачивается на пол-оборота.Один конец катушки присоединен к каждой половине коммутатора. Электрический ток от аккумулятора подключается к электрическим клеммам двигателя. Они подают электроэнергию в коммутатор через пару свободных разъемы, называемые щетками, сделанный либо из кусочков графита (мягкий углерод, похожий на карандашный «свинец») или тонкие отрезки упругого металла, который (как название предполагает) «кисть» против коммутатора. С коммутатор на месте, когда электричество течет по цепи, катушка будет постоянно вращаться в одном и том же направлении.

Работа: Упрощенная схема частей электрического мотор. Анимация: как это работает на практике. Обратите внимание, как коммутатор меняет направление тока каждый раз, когда катушка поворачивается. наполовину. Это означает, что сила на каждой стороне катушки всегда толкая в том же направлении, что заставляет катушку вращаться по часовой стрелке.

Такой простой экспериментальный двигатель не способен много силы. Мы можем увеличить вращающую силу (или крутящий момент) что двигатель можно создать тремя способами: либо мы можем иметь более мощный постоянный магнит, или мы можем увеличить электрический ток течет по проводу, или мы можем сделать катушку, чтобы у нее было много «витки» (петли) очень тонкой проволоки вместо одного «витка» толстой проволоки.На практике двигатель также имеет постоянный магнит, изогнутый в виде дуги. круглой формы, так что он почти касается катушки проволоки, которая вращается внутри него. Чем ближе друг к другу магнит и катушка, тем большее усилие, которое может создать двигатель.

Несмотря на то, что мы описали ряд различных частей, вы можете представить двигатель состоящим всего из двух основных компонентов:

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

Универсальные двигатели

Такие двигатели постоянного тока

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

  • При подаче постоянного тока электромагнит работает как обычный постоянный магнит и создает магнитное поле, направленное всегда в одном направлении. Коммутатор меняет направление тока катушки каждый раз, когда катушка переворачивается, как в простом двигателе постоянного тока, поэтому катушка всегда вращается в одном направлении.
  • Однако, когда вы подаете переменный ток, ток, протекающий через электромагнит, и ток, протекающий через катушку , оба меняются местами, точно в шаге, поэтому сила на катушке всегда в одном направлении, и двигатель всегда вращается по часовой стрелке. или против часовой стрелки.Что с коммутатором? Частота тока изменяется намного быстрее, чем вращается двигатель, и, поскольку поле и ток всегда синхронизированы, на самом деле не имеет значения, в каком положении находится коммутатор в любой данный момент.

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

Фото: Внутри типичного универсального двигателя: Основные части внутри среднего двигателя от кофемолки, который может работать как от постоянного, так и от переменного тока. Серый электромагнит по краю — это статор (статическая часть), питающийся от катушек оранжевого цвета. Обратите также внимание на прорези в коллекторе и упирающиеся в него угольные щетки, которые обеспечивают питание ротора (вращающейся части). Асинхронные двигатели в таких вещах, как электропоезда, во много раз больше и мощнее, чем этот, и всегда работают с использованием переменного тока высокого напряжения (AC) вместо постоянного тока низкого напряжения (DC) или переменного тока умеренно низкого напряжения. который питает универсальные двигатели.

Электродвигатели прочие

Фото: Электродвигатели бывают всех форм и размеров. В этом школьном автобусе есть заменили старый грязный дизельный двигатель на большой электродвигатель (белая рамка) для уменьшения загрязнения воздуха. Фото Денниса Шредера предоставлено NREL (Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).

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

Другой интересной конструкцией является бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC). Статор и ротор эффективно меняются местами, с несколькими статичными железными катушками в центре и постоянным магнитом, вращающимся вокруг них, а коммутатор и щетки заменяются электронной схемой. Вы можете прочитать больше в нашей основной статье о ступичных двигателях. Шаговые двигатели, которые поворачиваются на точно контролируемые углы, являются разновидностью бесщеточных двигателей постоянного тока.

Как работает электродвигатель?

   Все признают, что если вы сможете сделать очень эффективные электродвигатели, вы сможете совершить качественный скачок вперед. — Джеймс Дайсон

Введение

«Электродвигатель стал немного более известен и ценится за последние несколько лет благодаря его лучшей интеграции в наши автомобили. Поскольку большинство людей понимают и ценят влияние загрязнения окружающей среды на климат, спрос на автомобильные автомобили вырос. производителей для создания автомобилей, которые могут помочь улучшить нашу окружающую среду или, по крайней мере, причинить меньше вреда.»

«Именно благодаря этой потребности в росте и развитии некоторые из величайших изобретателей мира усовершенствовали электродвигатель, чтобы теперь он работал лучше и эффективнее, чем когда-либо прежде».

Детали электродвигателя

Трехфазный четырехполюсный асинхронный двигатель состоит из двух основных частей — статора и ротора. Используйте интерактивное изображение ниже в этом разделе, чтобы узнать больше о статоре и роторе и узнать о той роли, которую каждый из них играет в электродвигателе.



статор Ротор

Статор

Статор состоит из трех частей — сердечника статора, токопроводящей проволоки и каркаса. Сердечник статора представляет собой группу стальных колец, изолированных друг от друга и склеенных между собой. Эти кольца имеют прорези на внутренней стороне колец, вокруг которых будет наматываться токопроводящая проволока, образуя катушки статора.

Проще говоря, в трехфазном асинхронном двигателе есть три разных типа проводов.Эти типы проводов можно назвать Фаза 1, Фаза 2 и Фаза 3. Провода каждого типа наматываются на пазы на противоположных сторонах внутренней части сердечника статора.

После того, как токопроводящий провод находится внутри сердечника статора, сердечник помещается в раму.

Ротор

Ротор также состоит из трех частей — сердечника ротора, токопроводящих стержней и двух концевых колец. Пластины из высококачественной легированной стали составляют цилиндрический сердечник ротора, который имеет нечто похожее на стержень, проходящий через его центр.На внешней стороне сердечника ротора имеются прорези, которые либо проходят параллельно стержнеобразному стержню в центре сердечника ротора, либо слегка скручены, образуя диагональные прорези. Если сердечник статора имеет диагональные пазы снаружи сердечника, он называется ротором с короткозамкнутым ротором.

В трехфазном четырехполюсном асинхронном двигателе используется ротор с короткозамкнутым ротором. Вдоль диагональных линий в сердечнике размещены токопроводящие стержни, образующие обмотку ротора. Затем по обеим сторонам сердечника размещают концевые кольца, чтобы замкнуть накоротко все токопроводящие стержни, расположенные по диагонали сердечника ротора.

После того, как ротор и статор собраны, ротор вставляется в статор, и с каждой стороны размещаются два концевых колпачка. Эти концевые воронки изготовлены из того же материала, что и рама статора, и используются для защиты двигателя с обеих сторон.


Как работает электродвигатель?

(просто говоря)

Если вы инженер-электрик, вы знаете, как работает электродвигатель. Если нет, то это может быть очень запутанным, поэтому вот упрощенное объяснение (или версия «как работает электродвигатель для чайников») того, как четырехполюсный трехфазный асинхронный двигатель переменного тока работает в автомобиле.

Запускается с аккумулятором в машине, который подключен к двигателю. Электроэнергия подается на статор через автомобильный аккумулятор. Катушки внутри статора (сделанные из проводящего провода) расположены на противоположных сторонах сердечника статора и действуют как магниты. Поэтому, когда электрическая энергия от автомобильного аккумулятора подается на двигатель, катушки создают вращающиеся магнитные поля, которые тянут за собой проводящие стержни снаружи ротора. Вращающийся ротор — это то, что создает механическую энергию, необходимую для вращения шестерен автомобиля, которые, в свою очередь, вращают шины.

В обычном неэлектрическом автомобиле есть и двигатель, и генератор. Аккумулятор питает двигатель, который питает шестерни и колеса. Вращение колес — это то, что затем приводит в действие генератор в автомобиле, а генератор заряжает аккумулятор. Вот почему вам говорят водить машину в течение некоторого времени после прыжка — аккумулятор необходимо перезарядить, чтобы он функционировал должным образом.

В электромобиле нет генератора.Итак, как тогда заряжается аккумулятор? Хотя отдельного генератора переменного тока нет, двигатель в электромобиле действует как двигатель и генератор переменного тока. Это одна из причин, почему электромобили настолько уникальны. Как упоминалось выше, аккумулятор запускает двигатель, который подает энергию на шестерни, вращающие колеса. Этот процесс происходит, когда ваша нога нажимает на педаль акселератора — ротор притягивается вращающимся магнитным полем, что требует большего крутящего момента. Но что происходит, когда вы отпускаете акселератор?

Когда вы отпускаете педаль акселератора, вращающееся магнитное поле останавливается, и ротор начинает вращаться быстрее (в отличие от магнитного поля).Когда ротор вращается быстрее, чем вращающееся магнитное поле в статоре, это действие перезаряжает батарею, действующую как генератор переменного тока.

Чтобы еще больше упростить этот процесс, представьте, что вы крутите педали на велосипеде в гору. Чтобы добраться до вершины холма, вам нужно сильнее крутить педали и, возможно, даже придется встать и потратить больше энергии, чтобы повернуть колеса и достичь вершины холма. Это похоже на нажатие на газ. Вращающееся магнитное поле, притягивающее ротор, создает сопротивление (или крутящий момент), необходимое для движения шин и автомобиля.Оказавшись на вершине холма, вы можете расслабиться и перезарядиться, пока колеса будут двигаться еще быстрее, чтобы спустить вас с холма. В автомобиле это происходит, когда вы отпускаете педаль газа, и ротор начинает двигаться быстрее и подает электроэнергию обратно в линию электропередачи для подзарядки аккумулятора.


Что такое переменный ток (AC)


по сравнению с постоянным током (DC)?

Концептуальные различия этих двух типов токов кажутся довольно очевидными.В то время как один ток является постоянным, другой является более прерывистым. Однако все немного сложнее, чем простое объяснение, поэтому давайте разберем эти два термина более подробно.

Постоянный ток (DC)

Термин «постоянный ток» относится к электричеству, которое постоянно движется в одном и том же постоянном направлении. Кроме того, напряжение постоянного тока сохраняет обычную полярность, то есть не меняется.

Подумайте, как батареи имеют четко определенные положительные и отрицательные стороны.Они используют постоянные токи для постоянной передачи одного и того же напряжения. В дополнение к батареям, топливные элементы и солнечные элементы также производят постоянный ток, в то время как простые действия, такие как трение определенных материалов друг о друга, также могут производить постоянный ток.

В соответствии с нашей концепцией батареи, при рассмотрении положительных и отрицательных сторон батареи важно отметить, что постоянный ток всегда течет в одном направлении между положительной и отрицательной стороной. Это гарантирует, что обе стороны батареи всегда положительные и отрицательные.



Переменный ток (AC)

Термин «переменный ток» определяет тип электричества, характеризующийся напряжением (представьте себе давление воды в шланге) и током (представьте скорость потока воды через шланг), которые изменяются во времени. Поскольку напряжение и ток сигнала переменного тока изменяются, они чаще всего следуют форме синусоиды (на изображении выше синусоида показана на правом графике напряжения). Из-за того, что форма волны представляет собой синусоидальную волну, напряжение и ток чередуются между положительной и отрицательной полярностью при просмотре с течением времени.Синусоидальная форма сигналов переменного тока обусловлена ​​тем, как генерируется электричество.

Еще один термин, который вы можете услышать при обсуждении переменного тока, — это частота. Частота сигнала — это количество полных волновых циклов, совершенных за одну секунду времени. Частота измеряется в герцах (Гц), а в Соединенных Штатах стандартная частота электросети составляет 60 Гц. Это означает, что сигнал переменного тока колеблется со скоростью 60 полных возвратно-поступательных циклов каждую секунду.

Так почему это важно?

Электричество переменного тока является наилучшим способом передачи полезной энергии от источника генерации (т.э., плотина или ветряная мельница) на большие расстояния. Это связано с переменным характером сигнала переменного тока, который позволяет легко повышать или понижать напряжение до различных значений. Вот почему в розетках вашего дома будет указано 120 вольт переменного тока (безопаснее для потребления человеком), но напряжение распределительного трансформатора, который подает электроэнергию в район (те цилиндрические серые коробки, которые вы видите на столбах линии электропередач), может иметь напряжение до 66 кВА (66 000 вольт переменного тока).

Мощность переменного тока позволяет нам создавать генераторы, двигатели и системы распределения электроэнергии, которые намного более эффективны, чем постоянный ток, поэтому переменный ток является наиболее популярным источником энергии для питания приложений.


Как работает трехфазный четырехполюсный асинхронный двигатель?

Большинство крупных промышленных двигателей являются асинхронными и используются для питания дизельных поездов, посудомоечных машин, вентиляторов и многих других устройств. Но что именно означает «асинхронный двигатель»? С технической точки зрения это означает, что обмотки статора индуцируют ток, протекающий по проводникам ротора. С точки зрения непрофессионала, это означает, что двигатель запускается, потому что электричество индуцируется в ротор магнитными токами, а не прямым подключением к электричеству, как в других двигателях, таких как коллекторный двигатель постоянного тока.

Что означает полифаза?

Всякий раз, когда у вас есть статор, содержащий несколько уникальных обмоток на полюс двигателя, вы имеете дело с многофазностью. Чаще всего предполагается, что многофазный двигатель состоит из трех фаз, но есть двигатели, которые используют две фазы.

Многофазная система использует несколько напряжений для сдвига фаз отдельно друг от друга, чтобы преднамеренно выйти из строя.

Что означает три фазы?

Основанный на основных принципах Николы Теслы, определенных в его многофазном асинхронном двигателе, представленном в 1883 году, «трехфазный» относится к токам электрической энергии, которые подаются на статор через аккумулятор автомобиля.Эта энергия приводит к тому, что катушки проводящего провода начинают вести себя как электромагниты.

Простой способ понять три фазы — рассмотреть три цилиндра в форме буквы Y, использующие энергию, направленную к центральной точке, для выработки энергии. По мере создания энергии ток течет в пары катушек внутри двигателя таким образом, что он естественным образом создает северный и южный полюс внутри катушек, позволяя им действовать как противоположные стороны магнита.


Лучшие электромобили

По мере того, как эта технология продолжает развиваться, производительность электромобилей начинает быстро догонять и даже превосходить их бензиновые аналоги.Хотя до электромобилей еще далеко, скачки, которые сделали такие компании, как Tesla и Toyota, вселили надежду на то, что будущее транспорта больше не будет зависеть от ископаемого топлива.

На данный момент мы все знаем об успехе, который Tesla добилась в этой области, выпустив седан Tesla Model S, способный проезжать до 288 миль, развивать скорость до 155 миль в час и иметь крутящий момент 687 фунт-футов. Однако есть десятки других компаний, которые добились значительного прогресса в этой области, например Ford Fusion Hybrid, Toyota Prius и Camry-Hybrid, Mitsubishi iMiEV, Ford Focus, BMW i3, Chevy Spark и Mercedes B-Class Electric.


Электромобили и окружающая среда

Реальность такова, что цены на газ должны быть намного выше, чем они есть, потому что мы не учитываем реальный ущерб окружающей среде и скрытые затраты на добычу нефти и ее транспортировку в США — Илон Маск

Электродвигатели воздействуют на окружающую среду как прямо, так и косвенно на микро- и макроуровне. Это зависит от того, как вы хотите воспринимать ситуацию и сколько энергии вы хотите.С индивидуальной точки зрения, электромобилям не требуется бензин для работы, что приводит к тому, что автомобили без выбросов заполняют наши дороги и города. Хотя это представляет собой новую проблему с дополнительным бременем производства электроэнергии, это снижает нагрузку на миллионы автомобилей, густонаселяющих города и пригороды, выделяющих токсины в воздух.


Примечание. Значения MPG (миль на галлон), указанные для каждого региона, представляют собой комбинированный рейтинг экономии топлива в городе/шоссе для бензинового транспортного средства, которое будет иметь глобальное потепление, эквивалентное вождению электромобиля.Региональные рейтинги выбросов глобального потепления основаны на данных электростанций за 2012 год из базы данных EPA eGrid 2015. Сравнения включают выбросы при производстве бензина и электроэнергии. Средний расход топлива в США — 58 миль на галлон — это средневзвешенное значение продаж, основанное на том, где электромобили продавались в 2014 году.

В крупномасштабной перспективе появление электромобилей дает несколько преимуществ. Во-первых, снижается шумовое загрязнение, поскольку шум, издаваемый электрическим двигателем, намного тише, чем шум бензинового двигателя.Кроме того, из-за того, что электрические двигатели не требуют того же типа смазочных материалов и обслуживания, что и бензиновые двигатели, количество химикатов и масел, используемых в автосервисах, будет сокращено из-за меньшего количества автомобилей, нуждающихся в техническом обслуживании.


Заключение

Электрический двигатель меняет ход истории точно так же, как паровой двигатель и печатный станок изменили ход прогресса. Хотя электрический двигатель не прокладывает новые пути в том же ключе, что и эти изобретения, он открывает совершенно новый сегмент транспортной отрасли, который сосредоточен не только на стиле и производительности, но и на внешнем воздействии.Таким образом, хотя электрический двигатель может и не реформировать мир из-за внедрения какого-то совершенно нового изобретения или создания нового рынка, он переопределяет то, как мы, как общество, определяем прогресс.

Если ничего другого не следует из достижений в области электрического двигателя, по крайней мере, мы можем сказать, что наше общество продвинулось вперед благодаря нашему осознанию нашего воздействия на окружающую среду. Это новое определение прогресса, определяемое электрическим двигателем.


Источники:

http://www.allaboutcircuits.com/textbook/alternating-current/chpt-13/tesla-polyphase-induction-motors/
Конструкция трехфазного асинхронного двигателя https://www.youtube.com/watch?v=Mle-ZvYi8HA
Как работает асинхронный двигатель работает? https://www.youtube.com/watch?v=LtJoJBUSe28
http://www.mpoweruk.com/motorsbrushless.htm
http://www.kerryr.net/pioneers/tesla.htm
https:// www.basilnetworks.com/article/motors/brushlessmotors.htm
http://www.allaboutcircuits.com/textbook/alternating-current/chpt-13/tesla-polyphase-induction-motors/
https://www.youtube.com/watch?v=HWrNzUCjbkk
Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя https://www.youtube.com/watch?v=DsVbaKZZOFQ
https://www.youtube.com/watch?v=NaV7V07tEMQ
https ://www.teslamotors.com/models
http://evobsession.com/electric-car-range-comparison/
http://www.edmunds.com/mitsubishi/i-miev/2016/review/
http ://www.ford.com/cars/focus/trim/electric/
https://en.wikipedia.org/wiki/BMW_i3
http://www.edmunds.com/ford/fusion-energi/2016/ обзор/
http://www.chevrolet.com/spark-ev-electric-vehicle.html
http://www.topspeed.com/cars/volkswagen/2016-volkswagen-e-golf-limited-edition-ar168067.html
http://www. topspeed.com/cars/bmw/2016-bmw-i3-m-ar160295.html
http://www.popularmechanics.com/cars/hybrid-electric/reviews/a9756/2015-mercedes-benz-b-class- электрический привод-тест-райд-16198208/
http://www.topspeed.com/cars/nissan/2016-nissan-leaf-ar171170.html
http://www.caranddriver.com/fiat/500e
http ://www.topspeed.com/cars/kia/2015-kia-soul-electricdriven-ar170088.html
http://www.topspeed.com/cars/ford/2016-ford-focus-electric-ar171335.html
http://www.topspeed.com/cars/tesla/2015-tesla-model-s- 70d-ar168705.html
http://www.topspeed.com/cars/tesla/2015-tesla-model-s-p85d-ar165627.html
http://www.topspeed.com/cars/tesla/2015- tesla-model-s-ar165742.html#main
http://www.caranddriver.com/reviews/2015-tesla-model-s-p90d-test-review
http://www.caranddriver.com/tesla/ model-s
http://www.allaboutcircuits.com/textbook/alternating-current/chpt-1/what-is-alternating-current-ac/
http://science.howstuffworks.com/electricity8.htm
http://www.allaboutcircuits.com/textbook/alternating-current/chpt-13/tesla-polyphase-induction-motors/
Изображение взято с: http://faq.zoltenergy.co/ технический/
http://www.kerryr.net/pioneers/tesla.htm
https://en.wikipedia.org/wiki/Westinghouse_Electric_(1886)
http://www.allaboutcircuits.com/textbook/alternating- current/chpt-13/introduction-ac-motors/
https://www.youtube.com/watch?v=Q2mShGuG4RY
http://www.explainthatstuff.com/electricmotors.html
http://electronics.howstuffworks.com/motor.htm
https://en.wikipedia.org/wiki/Induction_motor


Как работает электродвигатель в автомобиле

Трехфазный четырехполюсный асинхронный двигатель состоит из двух основных частей: статора и ротора. Статор состоит из трех частей: сердечника статора, токопроводящего провода и каркаса. Сердечник статора представляет собой группу стальных колец, изолированных друг от друга, а затем склеенных между собой.
Внутри этих колец есть прорези, вокруг которых будет наматываться токопроводящий провод, образуя катушки статора.Проще говоря, в трехфазном асинхронном двигателе есть три разных типа проводов. Эти типы проводов можно назвать Фаза 1, Фаза 2 и Фаза 3.
Провода каждого типа наматываются на пазы на противоположных сторонах внутренней части сердечника статора. Как только токопроводящий провод находится внутри сердечника статора, сердечник помещается в раму.

Как работает электродвигатель?

Из-за сложности темы ниже приводится упрощенное объяснение того, как четырехполюсный трехфазный асинхронный двигатель переменного тока работает в автомобиле.Он начинается с аккумулятора в автомобиле, который подключен к двигателю. Электрическая энергия подается на статор через автомобильный аккумулятор. Катушки внутри статора (сделанные из проводящего провода) расположены на противоположных сторонах сердечника статора и действуют как магниты. Поэтому, когда электрическая энергия от автомобильного аккумулятора подается на двигатель, катушки создают вращающиеся магнитные поля, которые тянут за собой проводящие стержни снаружи ротора. Вращающийся ротор создает механическую энергию, необходимую для вращения шестерен автомобиля, которые, в свою очередь, приводят во вращение шины.Теперь в типичном автомобиле, т. е. неэлектрическом, есть и двигатель, и генератор. Аккумулятор питает двигатель, который питает шестерни и колеса. Вращение колес — это то, что затем приводит в действие генератор в автомобиле, а генератор заряжает аккумулятор. Вот почему вам советуют некоторое время ездить на машине после прыжка: аккумулятор необходимо перезарядить, чтобы он функционировал должным образом. В электромобиле нет генератора.
Так как тогда заряжается батарея? Хотя отдельного генератора переменного тока нет, двигатель в электромобиле действует как двигатель и генератор переменного тока.

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

Это связано с переменным характером сигнала переменного тока, который позволяет легко повышать или понижать напряжение до различных значений. Это одна из причин, по которой электромобили настолько уникальны.
Как упоминалось выше, аккумулятор запускает двигатель, который подает энергию на шестерни, вращающие колеса. Этот процесс происходит, когда ваша нога находится на педали акселератора — ротор притягивается вращающимся магнитным полем, что требует большего крутящего момента.Но что происходит, когда вы отпускаете акселератор? Когда ваша нога отпускает педаль акселератора, вращающееся магнитное поле останавливается, и ротор начинает вращаться быстрее (в отличие от магнитного поля). Когда ротор вращается быстрее, чем вращающееся магнитное поле в статоре, это действие перезаряжает батарею, действующую как генератор переменного тока.

Переменный ток и постоянный ток

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

Постоянный ток (DC)

Непрерывный ток относится к постоянному и однонаправленному электрическому потоку. Кроме того, напряжение сохраняет полярность во времени. Фактически, на батареях четко обозначены положительные и отрицательные полюса. Они используют постоянную разность потенциалов для создания тока всегда в одном и том же направлении.В дополнение к батареям, топливным элементам и солнечным батареям, скольжение между конкретными материалами также может производить постоянный ток.

Переменный ток (AC)

Термин «переменный ток» определяет тип электричества, характеризующийся напряжением (представьте себе давление воды в шланге) и током (представьте скорость потока воды через шланг), которые изменяются во времени (рис. 1). Когда напряжение и ток сигнала переменного тока изменяются, они чаще всего следуют синусоидальной форме.Из-за того, что форма волны представляет собой синусоидальную волну, напряжение и ток чередуются между положительной и отрицательной полярностью при просмотре с течением времени. Синусоидальная форма сигналов переменного тока обусловлена ​​тем, как генерируется электричество.
Еще один термин, который вы можете услышать при обсуждении электричества переменного тока, — это частота. Частота сигнала — это количество полных волновых циклов, совершенных за одну секунду времени. Частота измеряется в герцах (Гц), а в Соединенных Штатах стандартная частота электросети составляет 60 Гц.Это означает, что сигнал переменного тока колеблется со скоростью 60 полных возвратно-поступательных циклов каждую секунду.

Почему это важно?

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

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

Это связано с переменным характером сигнала переменного тока, что позволяет легко повышать или понижать напряжение до различных значений.Вот почему в розетках вашего дома будет указано 120 вольт переменного тока (безопаснее для потребления человеком), но напряжение распределительного трансформатора, который подает электроэнергию в район (те цилиндрические серые коробки, которые вы видите на столбах линии электропередач), может иметь напряжение до 66 кВА (66 000 вольт переменного тока).
Мощность переменного тока позволяет нам создавать генераторы, двигатели и распределительные системы на электричестве, которые намного более эффективны, чем постоянный ток, поэтому переменный ток является наиболее популярным источником энергии для питания приложений.

Как работает трехфазный четырехполюсный асинхронный двигатель?

Большинство крупных промышленных двигателей являются асинхронными и используются для питания дизельных поездов, посудомоечных машин, вентиляторов и многих других устройств. Однако что именно означает «асинхронный двигатель»?
С технической точки зрения это означает, что обмотки статора индуцируют ток, протекающий по проводникам ротора.
С точки зрения непрофессионала, это означает, что двигатель запускается, потому что электричество индуцируется в ротор магнитными токами, а не прямым подключением к электричеству, как в других двигателях, таких как коллекторный двигатель постоянного тока.
Что означает полифаза? Всякий раз, когда у вас есть статор, содержащий несколько уникальных обмоток на полюс двигателя, вы имеете дело с многофазностью (рис. 2).
Чаще всего предполагается, что многофазный двигатель состоит из трех фаз, но есть двигатели, использующие две фазы. Многофазная система использует несколько напряжений для фазового сдвига отдельно от каждого, чтобы преднамеренно выйти из строя.

Рис. 3. Три фазы относятся к токам электрической энергии, которые подаются на статор через автомобильный аккумулятор.

Что означает трехфазный ? Основываясь на основных принципах Николы Теслы, определенных в его многофазном асинхронном двигателе, представленном в 1883 году, «три фазы» относятся к токам электрической энергии, которые подаются на статор через аккумулятор автомобиля (рис. 3).
Эта энергия приводит к тому, что катушки проводящего провода начинают вести себя как электромагниты. Простой способ понять три фазы — рассмотреть три цилиндра в форме буквы Y, использующие энергию, направленную к центральной точке, для выработки энергии.По мере создания энергии ток течет в пары катушек внутри двигателя таким образом, что он естественным образом создает северный и южный полюс внутри катушек, позволяя им действовать как противоположные стороны магнита.

Лучшие электромобили

По мере того, как эта технология продолжает развиваться, производительность электромобилей начинает быстро догонять и даже превосходить их бензиновые аналоги. Хотя до электромобилей еще далеко, скачки, которые сделали такие компании, как Tesla и Toyota, вселили надежду на то, что будущее транспорта больше не будет зависеть от ископаемого топлива.На данный момент мы все знаем об успехе, который Tesla добилась в этой области, выпустив седан Tesla Model S, который способен проезжать до 288 миль, развивать скорость до 155 миль в час и имеет крутящий момент 687 фунт-футов.
Однако есть десятки других компаний, которые добились значительного прогресса в этой области, например, Ford Fusion Hybrid, Toyota Prius и Camry-Hybrid, Mitsubishi iMiEV, Ford Focus, BMW i3, Chevy Spark и Mercedes B-Class Electric. (рис. 4).

Электромобили и окружающая среда

Электрические двигатели воздействуют на окружающую среду как напрямую , так и косвенно на микро- и макроуровне.Это зависит от того, как вы хотите воспринимать ситуацию и сколько энергии вы хотите. С индивидуальной точки зрения, электромобилям не требуется бензин для работы, что приводит к тому, что автомобили без выбросов заполняют наши дороги и города. Хотя это создает новую проблему, связанную с дополнительным бременем производства электроэнергии, это снижает нагрузку на миллионы автомобилей, густонаселяющих города и пригороды, и выбрасывающие в воздух токсины (рис. 5).
Примечание. Значения MPG (миль на галлон), указанные для каждого региона, представляют собой комбинированный рейтинг экономии топлива в городе/шоссе для бензинового автомобиля, который будет иметь глобальное потепление, эквивалентное вождению электромобиля.Региональные рейтинги выбросов глобального потепления основаны на данных электростанций за 2012 год из базы данных EPA eGrid 2015. Сравнения включают выбросы при производстве бензина и электроэнергии. Средний показатель расхода топлива в 58 миль на галлон в США — это средневзвешенное значение продаж, основанное на том, где электромобили были проданы в 2014 году. С крупномасштабной точки зрения рост электромобилей дает несколько преимуществ.

Рис. 5. Значения в милях на галлон для каждого региона страны представляют собой комбинированный рейтинг экономии топлива в городе/шоссе для бензинового автомобиля, который в условиях глобального потепления был бы эквивалентен вождению электромобиля.

Во-первых, снижается шумовое загрязнение, поскольку шум, издаваемый электрическим двигателем, намного тише, чем шум двигателя, работающего на газу. Кроме того, поскольку электрические двигатели не требуют того же типа смазочных материалов и обслуживания, что и газовые двигатели, количество химикатов и масел, используемых в автосервисах, будет сокращено из-за меньшего количества автомобилей, нуждающихся в проверках.

Заключение

Электрический двигатель меняет ход истории точно так же, как паровой двигатель и печатный станок изменили ход прогресса.Хотя электрический двигатель не прокладывает новые пути в том же ключе, что и эти изобретения, он открывает совершенно новый сегмент транспортной отрасли, который ориентирован не только на стиль и производительность, но и на внешнее воздействие . Таким образом, хотя электрический двигатель может и не реформировать мир из-за внедрения какого-то совершенно нового изобретения или создания нового рынка, он переопределяет то, как мы, как общество, определяем прогресс. Если больше ничего не выйдет из достижений с электрическим двигателем, по крайней мере, мы можем сказать, что наше общество продвинулось вперед благодаря нашему осознанию нашего воздействия на окружающую среду.Это новое определение прогресса, определяемое электрическим двигателем.
(Джилл Скотт)

Электродвигатель — Технический центр Эдисона

То Электрический двигатель был впервые разработан в 1830-х годах, через 30 лет после первая батарея. Интересно, что мотор был разработан до первого динамо или генератор.

Выше: Первый мотор Давенпорта

1.) История и изобретатели:

1834 — Томас Давенпорт из Вермонта разработали первый настоящий электродвигатель («настоящий» означает достаточно силен, чтобы выполнить задачу), хотя Джозеф Генри и Майкл Фарадей создал устройства раннего движения, используя электромагнитные поля. Первые «моторы» создавали вращающиеся диски или рычаги, качался взад-вперед. Эти устройства не могли сделать никакой работы для человечества. но были важны для того, чтобы проложить путь к лучшим двигателям в будущем.Различные двигатели Давенпорта были возможность запуска модели тележки по круговой дорожке и другие задачи. Тележка позже оказалась первым важным приложением электроэнергии (это была не лампочка). рудиментарный полноразмерные электрические тележки были окончательно построены через 30 лет после смерти Давенпорта в 1850-х годах.

Мировой удар электродвигателя перед лампочками:
Тележки и подключенные к ним энергосистемы стоили очень дорого построили, но перевезли миллионы людей на работу в 1880-х годах.До рост электросетей в 1890-х годах большинство людей (средний и низшие классы) даже в городах не было электрического света в дома.

Только в 1873 году электрический двигатель наконец добился коммерческого успеха. С 1830-х годов тысячи инженеров-новаторов усовершенствовали двигатели и создали множество вариаций. См. другие страницы для более подробной информации об обширной истории электродвигателя.

Провода двигателя к генератору:
После слабые электродвигатели были разработаны Фарадеем и Генри, еще одним пионер по имени Ипполит Пикси понял, что, запустив мотор назад он мог создавать импульсы электричества. К 1860-м годам разрабатывались мощные генераторы. Электротехническая промышленность не могла начаться, пока генераторы были разработаны, потому что батареи не были экономичным способом питания потребности общества.Читать о генераторах а динамо здесь >

2.) Как работают двигатели

Электродвигатели могут питаться переменным (AC) током или постоянным током (DC). Двигатели постоянного тока были разработаны первыми и имеют определенные преимущества и недостатки. Каждый тип двигателя работает по-разному, но все они используют силу электромагнитного поля. Мы поговорим об основных принципах электромагнитных полей. в двигателях, прежде чем вы сможете перейти к различным типам двигателей.

АС В электродвигателях используется вторичная и первичная обмотка (магнит), первичная подключается к сети переменного тока (или непосредственно к генератору) и находится под напряжением. Вторичный получает энергию от основного, не касаясь его напрямую. Это делается с помощью сложные явления, называемые индукцией.

Справа: инженер работает над индивидуальными модификациями дрона-октокоптера.Восемь крошечных DC двигатели создают достаточную мощность, чтобы поднять фунты полезной нагрузки. Более новые конструкции двигателей, подобные этому, используют редкоземельные металлы в статоре для создания более сильных магнитных полей в меньших и более легких пакеты.

Выше: универсальный двигатель, обычно используемый в большинстве электроинструментов.Он имеет тяжелый плотный ротор. Выше: асинхронный двигатель может иметь «беличью клетку» или полый вращающийся катушка или тяжелая арматура.

2.a) Части электродвигателя:

Существует много видов электродвигателей, но в целом они имеют схожие детали. Каждый мотор имеет статор , который может быть постоянным магнитом (как показано в «универсальном двигателе» выше) или намотанным изолированным проводом. (электромагнит как на фото вверху-справа).Ротор находится посередине (большую часть времени) и подлежит к магнитному полю создается статором. Ротор вращается, поскольку его полюса притягиваются и отталкиваются полюсами статора. Смотрите наши видео ниже, показывающее, как это работает. В этом видео рассказывается о бесщеточном двигателе постоянного тока, в котором ротор находится снаружи, в других двигателях. тот же принцип работает наоборот, с электромагнитами снаружи. Видео (1 минута):

Мощность двигателя:
Сила двигателя (крутящий момент) определяется напряжением и длина провода в электромагните в статоре, чем длиннее провод (что означает больше катушек в статоре), тем сильнее магнитное поле.Это означает большую мощность для повернуть ротор. Посмотрите наше видео, которое относится как к генераторам, так и к двигателям Узнать больше.

Арматура — вращающаяся часть двигателя — раньше ее называли ротором, она поддерживает вращающиеся медные катушки. На фото ниже вы не видите катушки, потому что они плотно заправлены в якорь. Гладкий корпус защищает катушки от повреждений.

Статор — Корпус и катушки, составляющие внешнюю часть двигателя. То статор создает стационарное магнитное поле.

Выше: в этом статоре отчетливо видны четыре отдельные катушки (якорь был удален)

Обмотка или «Катушка» — медные провода, намотанные на сердечник, используемые для создания или получать электромагнитную энергию.

Провод, используемый в обмотки ДОЛЖНЫ быть изолированы. На некоторых фотографиях вы увидите, как выглядит как оголенные обмотки медного провода, это не так, это просто эмалированная с прозрачным покрытием.

Медь Самый распространенный материал для обмоток. Алюминий также используется но должен быть толще, чтобы нести те же электрические загружайте безопасно.Медные обмотки позволяют использовать двигатель меньшего размера. Подробнее о меди >

Сгорел мотор, поиск неисправности:
Если двигатель работает слишком долго или с чрезмерной нагрузки, он может «сгореть». Это означает, что высокая температура вызвала изоляция обмотки разрушается или расплавляется, обмотки замыкаются когда они соприкасаются и двигатель повреждается. Вы также можете сжечь двигатель, подав на него большее напряжение, чем Обмоточные провода рассчитаны на.В этом случае провод расплавится в самом слабом месте, разорвав соединение. Ты сможешь проверьте двигатель, чтобы увидеть, не сгорел ли он таким образом, проверяя Ом (сопротивление) на мультиметре. В общем, вы хотите искать черные метки в обмотках, когда проверяете двигатель.


Беличья клетка — вторая катушка в асинхронном двигателе, см. ниже посмотреть, как это работает
Индукция — генерация электродвижущей силы в замкнутом цепь переменным магнитным потоком через цепь.В сети переменного тока уровень мощности повышается и понижается, это заряжает обмотку на момент, создающий магнитное поле. Когда мощность падает в цикле магнитное поле не может поддерживаться, и он разрушается. Это действие передает мощность через магнетизм в другую обмотку или катушку. УЧИТЬ БОЛЬШЕ об индукции здесь.

3.) Типы электродвигателей переменного тока

Двигатели переменного тока (AC):

3.а) индукция Двигатель
3.b) Универсальный двигатель (может использовать постоянный или переменный ток)
3.c) Синхронные двигатели
3.d) Электродвигатели с экранированными полюсами


См. нашу страницу, посвященную асинхронным двигателям, здесь >

Это мощный двигатель, который можно использовать с как переменного, так и постоянного тока.

Преимущества :
-Высокий пусковой крутящий момент и небольшой размер (хорошо для обычного использования в бытовой электроинструмент)
-Может работать на высоких скоростях (отлично подходит для стиральных машин и электродрелей)

Недостатки:
— Щетки со временем изнашиваются

Использование: приборы, ручные электроинструменты

См. видео ниже:


3.в) синхронный Моторы (Сельсин Мотор)

Этот двигатель аналогичен асинхронному двигателю, за исключением того, что он движется с частотой сети.

Мотор Сельсин был разработан в 1925 году и сейчас известен как Synchro. Узнать больше о их здесь.


Преимущества: Обеспечивает постоянную скорость, которая определяется количество полюсов и частота питающей сети переменного тока.
Недостатки: Не может работать с переменным крутящим моментом, этот двигатель останавливаться или «вытягиваться» при заданном крутящем моменте.
Использование: и часы использует синхронные двигатели для обеспечения точной скорости вращения для Руки. Это аналог двигателя , и хотя скорость точная, шаговый двигатель был бы лучше для работы с компьютерами, так как он работает на жестких «шагах» разворота.

Этот мотор одинарный фазный двигатель переменного тока.Имеет только одну катушку с вращающимся валом. в центре отставание потока, проходящего вокруг катушки, вызывает интенсивность магнита для перемещения вокруг катушки. Это получает центральный вал с вращающейся вторичной катушкой.

Цилиндр изготовлен из стали и имеет медные стержни, встроенные в цилиндр вдоль поверхность.


Преимущества: достигает высокого уровня крутящего момента после того, как ротор начал быстро вращаться.
Используется в вентиляторах, приборах

Недостатки: медленный запуск, низкий пусковой момент. Используется в вентиляторах, обратите внимание на медленный старт вентиляторов.
Этот двигатель также используется в сливах стиральных машин, консервных ножах и прочая бытовая техника.
Другие типы двигателей лучше подходят для более мощных нужд свыше 125 Вт.

См. видео ниже:


4.) Двигатели постоянного тока (DC):

Двигатели постоянного тока были первым типом электродвигателей. Обычно они составляют 75-80%. эффективный. Они хорошо работают на переменных скоростях и имеют большой крутящий момент.

4.a) Общая информация
4.b) Коллекторные двигатели постоянного тока
4.b.1) Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением
4.b.2) Двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением
4.b.3) Блинчатые двигатели
4.b.4) Двигатель постоянного тока с постоянными магнитами
4.b.5) Отдельное возбуждение (Sepex)
4.c) Бесщеточные двигатели постоянного тока
4.c.1) Шаговый двигатель
4.c.2) Электродвигатели постоянного тока без сердечника/без железа


Матовый Двигатели постоянного тока:

Первый DC двигатели использовали щетки для передачи тока на другую сторону двигателя. Щетка названа так, потому что сначала она напоминала форму метлы.Маленькие металлические волокна терлись о вращающуюся часть двигателя. поддерживать постоянный контакт. Проблема с кистями в том, что они изнашиваются. вышел со временем из-за механики. Щетки будут создавать искры из-за трения. В парках часто расплавлялась изоляция и вызывали шорты в якоре и даже расплавил коллектор.

Первые моторы использовались на трамваях.

Использует разделение кольцевой коллектор со щетками.
Преимущества:
-Используется во множестве применений, легко регулируется скорость с помощью уровня напряжения для управления.
— Имеет высокий пусковой момент (мощный пуск)
Ограничения: щетки создают трение и искрение, это может привести к перегреву двигателя устройство и расплавить/сжечь щетки, поэтому максимальная скорость вращения ограничено. Искры также вызывают радиочастоту. вмешательство. (ЗП)

Есть пять типов двигателей постоянного тока со щетками:
Двигатель постоянного тока с шунтирующим возбуждением
Двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением
Составной двигатель постоянного тока — комбинированный и дифференциально-составной
Двигатель постоянного тока с постоянными магнитами
С независимым возбуждением
Мотор-блинчик

Бесщеточный Двигатели постоянного тока:

Щетка есть заменен внешним электрическим выключателем, синхронизированным с положение двигателя (при необходимости он изменит полярность, чтобы сохранить вал двигателя вращается в одном направлении)
-Более эффективен, чем щеточные двигатели
-Используется, когда необходимо точное регулирование скорости (например, в машины, электромобили и т.)
— Долгий срок службы, так как работает при более низкой температуре и без щеток изнашиваться.

Типы бесщеточные двигатели постоянного тока:
Шаговый двигатель
Двигатели постоянного тока без сердечника / без сердечника

 

4.b) ЩЕТКА ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА:

4.b.1) постоянный ток Двигатель с параллельной обмоткой

Шунт постоянного тока двигатель подключен так, что катушка возбуждения подключена параллельно арматура.Обе обмотки получают одинаковое напряжение. Катушка шунтирующего поля намотан множеством витков тонкой проволоки для создания высокого сопротивления. Этот гарантирует, что катушка возбуждения будет потреблять меньше тока, чем якорь (ротор).

Арматура (видно выше, это длинная толстая цилиндрическая вращающаяся часть) имеет толстую медные провода, это так, что большой ток может проходить через него к завести мотор.

В качестве арматуры витков (см. фото ниже) ток ограничивается противоэлектродвижущей сила.

Сила катушки шунтирующего поля определяет скорость и крутящий момент двигателя.

Преимущества: Шунтирующий двигатель постоянного тока регулирует собственную скорость. Это означает, что если загрузить добавляется, якорь замедляется, CEMF уменьшается, что приводит к тому, что якорь ток увеличивается. Это приводит к увеличению крутящего момента, что помогает переместить тяжелый груз. При снятии нагрузки якорь ускоряется, CEMF увеличивается, что ограничивает ток, а крутящий момент уменьшается.

Конвейер пример ремня : Представьте, что конвейерная лента движется с заданной скоростью, затем на пояс попадает тяжелая коробка. Этот тип двигателя будет поддерживать движение ленты. с постоянной скоростью независимо от того, сколько коробок движется по ленте.

См. видео ниже о шунтирующем двигателе постоянного тока в действии!:

 

4.б.2) постоянный ток двигатель с последовательным возбуждением

Двигатель с обмоткой серии представляет собой двигатель постоянного тока с самовозбуждением. Обмотка возбуждения подключена внутри последовательно с обмоткой ротора. Таким образом, обмотка возбуждения в статоре подвергается воздействию к полному току, генерируемому обмоткой ротора.

Этот тип двигателя похож на двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой, за исключением того, что обмотки возбуждения сделаны из более толстого провода, поэтому они могут выдерживать более высокие токи.

Использование: Этот тип двигателя используется в промышленности в качестве пускового двигателя из-за большого крутящего момента.

Узнайте больше о двигателе с последовательным возбуждением:
Статья 1
Статья 2

4.b.3) Блин Двигатель постоянного тока (также известный как двигатель с печатным якорем)

Блин двигатель — безжелезный двигатель.Большинство двигателей имеют медную обмотку вокруг железное ядро.

Демонстрация видео пример мотора блина:

 

Преимущества:
Точное регулирование скорости, плоский профиль, не имеет зазубрин, вызываемых железом в электромагните

Недостатки:
плоская форма подходит не для всех применений

Имеет обмотку в форме плоского диска из эпоксидной смолы между двумя магнитами с высоким магнитным потоком.это полностью без железа, что делает большую эффективность. Используется в сервоприводах, был первым разработан как моторы стеклоочистителя и видеоиндустрии, так как он был очень плоским в профиле и имел хороший контроль скорости. Компьютеры и видео/аудио запись всей используемой магнитной ленты, точный и быстрый контроль скорости был нужен был поэтому блинный мотор для этого и разрабатывался. Сегодня он используется во множестве других приложений, включая робототехнику и сервосистемы.

 

4.b.4) Составной двигатель постоянного тока (кумулятивный и дифференциально-составной)

Это еще один двигатель с самовозбуждением как с последовательными, так и с шунтирующими катушками возбуждения. Он имеет эффективную регулировку скорости и приличный пусковой момент.

Узнайте больше об этом типе двигателя здесь.

4.b.5) Двигатель постоянного тока с постоянными магнитами

Этот тип двигателя хорошо работает на высоких скоростях и может быть очень компактным.
Применение: компрессоры, другое промышленное оборудование.

Узнайте больше об этом типе двигателя здесь.

4.б.6) Отдельно возбужденный (sepex)

SepEx имеет обмотку возбуждения, которая питается отдельно от якоря с помощью прямого текущий сигнал. Полевой магнит также имеет собственный источник постоянного тока. В результате вы увидите это тип двигателя имеет четыре провода — 2 для возбуждения и 2 для якоря.

Этот двигатель представляет собой коллекторный двигатель постоянного тока. который имеет более широкие кривые крутящего момента, чем двигатель постоянного тока с последовательной обмоткой.

Узнайте больше об этом типе двигателя здесь.

4.c) Бесщеточные двигатели постоянного тока:

4.c.1 ) Степпер Мотор

Шаговый двигатель двигатель представляет собой тип бесщеточного двигателя, который перемещает центральный вал на один часть оборота за раз.Это делается с помощью зубчатых электромагнитов. вокруг централизованного железяка в форме шестеренки. Есть много видов шаговых двигателей. Они используются в системах, которые перемещают объекты в точное положение, как сканер , дисковод и промышленная лазерная резьба устройства .

См. видео шагового двигателя в действии ниже:

 

4.c.2) без сердечника / Безжелезные двигатели постоянного тока

Обмотка медная или алюминиевый сердечник вращается вокруг магнита без использования железа. Этот делается путем создания формы цилиндра.
Преимущество: легкий и быстрый запуск вращения (используется в компьютерных жестких дисков)
Недостаток: легко перегревается, т.к. теплоотвод, для охлаждения нужен вентилятор.

Узнайте больше об этом типе двигателя здесь.

Источники:
Бумаги Джозефа Генри — Смитсоновский институт
Denver Electric Motor Company
Стив Нормандин
Википедия
Томас Давенпорт — доктор Фрэнк Уикс мл.
Электромобиль своими руками


Похожие темы:

Электромобили | University of Tennessee at Chattanooga


Эксплуатация электромобилей дает множество преимуществ.Во-первых, нет запаха топлива, так как автомобили работают на аккумуляторах, а не на бензине, дизеле или каком-то другом горючем топливе. Электромобили тихие… поездка практически бесшумная. Правильно используя рекуперативное торможение, электромобили продлевают срок службы тормозов, а также вырабатывают энергию за счет кинетической энергии. Используя высокотехнологичную композитную технологию, электромобили могут быть намного легче, чем аналоги с ДВС, что также помогает уменьшить износ тормозов и износ дороги.

Электромобили гораздо более энергоэффективны.Электродвигатели преобразуют практически всю энергию топлива в полезную мощность. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) имеет КПД менее 20%.

Затраты на техническое обслуживание, включая стоимость топлива, намного ниже для электромобиля. Нет необходимости в настройке или замене масла. Исключив из контрольного списка технического обслуживания автомобиля все, что относится к ДВС, он становится довольно коротким. А при ночной зарядке «топливо» для электромобиля сокращается до одной четвертой стоимости бензина или дизельного топлива.

Электрические транспортные средства, особенно электрические автобусы, обеспечивают большие преимущества для связей с общественностью. Общественность и средства массовой информации любят ездить и говорить об электромобилях с нулевым уровнем выбросов.

Однако у электрических и гибридно-электрических транспортных средств есть два основных преимущества. Электрические и гибридно-электрические транспортные средства могут помочь сократить использование нашей страной иностранной нефти и уменьшить загрязнение окружающей среды, которое негативно влияет на здоровье и благополучие.

Электромобиль — это моторное транспортное средство, такое как автомобиль, грузовик или автобус, в котором в качестве топлива используется аккумуляторная батарея, заменяющая бензин, дизельное топливо или другие виды горючих видов топлива.Исчез двигатель внутреннего сгорания и трансмиссия. В электромобиле используется электродвигатель или, в некоторых случаях, более одного двигателя для приведения в движение транспортного средства.

Электромобили во многих аспектах аналогичны автомобилям с двигателями внутреннего сгорания. Шасси или кузов многих электромобилей на дорогах сегодня взяты из автомобилей, которые когда-то имели двигатель внутреннего сгорания (ДВС). В большинстве электромобилей даже интерьер автомобиля не изменился, и почти все электромобили содержат те же аксессуары, что и их собратья с двигателем внутреннего сгорания.

Энергия, хранящаяся в аккумуляторной батарее электромобиля, питает контроллер двигателя. Контроллер двигателя представляет собой устройство, которое регулирует количество энергии, подаваемой на электродвигатель(и) привода, в зависимости от положения педали акселератора. Электроэнергия, подаваемая на электродвигатель (двигатели), используется для создания электродвижущей силы, которая вращает вал электродвигателя (двигателей). Этот вал соединен с колесами транспортного средства и вызывает движение вперед или назад, в зависимости от направления вращения вала.

Заправка электромобиля заключается в подключении зарядной вилки автомобиля к розетке, специально предназначенной для зарядки электромобиля. Время перезарядки зависит от типа батареи, емкости и выходного напряжения/тока зарядного устройства. Большинство электромобилей можно зарядить примерно за 6 часов.

Основной целью электромобилей является снижение количества вредных газов, выбрасываемых в воздух в результате процесса сгорания в двигателе внутреннего сгорания.Электромобиль производит нулевые выбросы. Некоторые критики индустрии электромобилей будут утверждать, что сокращения выбросов загрязняющих газов не произошло из-за выбросов, образующихся при производстве электроэнергии на электростанциях. Хотя электростанции действительно производят некоторые загрязняющие вещества, правительство имеет очень строгие правила в отношении выбросов электростанций. А поскольку электростанции производят избыток энергии ночью, когда спрос низкий, владельцы электромобилей могут использовать избыточную мощность, подзаряжая ее ночью.Это делает электростанции более эффективными.

Кроме того, электромобили гораздо более энергоэффективны, чем автомобили с ДВС. Мало того, что сама силовая установка намного эффективнее, так еще и потерь энергии через трансмиссию и холостого хода просто нет. Поскольку трансмиссии нет, разгон «бесшовный»; никаких рывков или шума….просто красиво и плавно.

Наверх


 

Преимущества электромобилей (включая электрические автобусы)

Электромобиль имеет много преимуществ перед автомобилями с двигателем внутреннего сгорания.Электромобиль очень чистый. Отсутствуют газообразные выбросы. Также устраняются другие проблемные загрязнители, такие как масло, трансмиссионная жидкость и жидкость радиатора. В некоторых электромобилях единственным используемым веществом на углеводородной основе является смазка, которая смазывает подшипники.

Электромобили очень просты. Силовая установка автомобиля с ДВС состоит из сотен движущихся частей. Силовая установка электромобиля состоит только из одного: электродвигателя. Помимо снижения затрат на техническое обслуживание и экономии на смазочных материалах и маслах, снижение потерь на трение способствует повышению энергоэффективности электромобилей.

Электромобили очень энергоэффективны. Из каждых 100 единиц топлива, израсходованных в автомобиле с ДВС, только 16 фактически приводят к движению. Электромобиль, однако, будет использовать почти 85 единиц из 100 для движения транспортного средства.

Электромобили имеют еще одно существенное преимущество перед автомобилями с ДВС: рекуперативное торможение. Когда электромобиль замедляется, двигатель становится генератором и обеспечивает энергией аккумуляторы. Дополнительным преимуществом этого процесса является тормозной эффект двигателя на транспортное средство, что снижает износ тормозов.

Электромобиль очень тихий. Проблема для инженеров, проектирующих эти автомобили, заключается не в том, чтобы заглушить двигатель, а в том, чтобы попытаться заглушить шум других систем, таких как кондиционер, гидроусилитель руля или воздушные компрессоры.

Большинство электромобилей не используют коробку передач. Двигатели, как правило, односкоростные, а ускорение плавное, без ударов и рывков, как в трансмиссиях современных автомобилей.

Электромобиль можно подзарядить дома, сэкономив остановку на заправке.Единственным недостатком этого является время, необходимое для полной зарядки «пустой» батареи. В некоторых случаях это может быть до 6 часов. Технология зарядных устройств быстро совершенствуется, и в настоящее время можно зарядить «разряженную» батарею до уровня 80% всего за 20 минут.

Основным препятствием, с которым сегодня сталкиваются электромобили, является способность аккумуляторов накапливать энергию. Емкость аккумулятора ограничивает дальность поездки автомобиля. Многие различные типы аккумуляторов тестируются для использования в электромобилях.К ним относятся свинцово-кислотные, никель-кадмиевые, никель-железо, никель-цинк, никель-металлогидрид, натрий-никель-хлорид, цинк-бром, натрий-сера, литий, цинк-воздух и алюминий-воздух. Эти усовершенствованные батареи, хотя и намного более дорогие, со временем позволят электромобилю достичь того же диапазона, что и современные автомобили, работающие на ископаемом топливе.

Наверх


 

Система привода

Система привода электромобиля выполняет те же функции, что и система привода автомобиля с двигателем внутреннего сгорания.Система привода — это та часть электромобиля, которая передает механическую энергию ведущим колесам, заставляя электромобиль двигаться. Компоненты, используемые в электромобиле, сильно отличаются от стандартного автомобиля. В электромобиле коробка передач не нужна. Коробка передач в стандартном транспортном средстве используется для придания транспортному средству определенного крутящего момента или мощности на определенных скоростях путем изменения передаточного отношения входной/выходной передачи в трансмиссии. Изменение передаточного числа регулируется скоростью (об/мин), с которой вращается силовая установка или двигатель транспортного средства.Поскольку существует механическое переключение с одного набора передач на другой, пассажиры обычно ощущают толчок при увеличении или уменьшении скорости и переключении трансмиссии на большую или меньшую передачу.

EV используют электродвигатель для вращения колес транспортных средств. В настоящее время используется несколько различных конструкций приводных систем. К ним относятся автомобили с одним большим электродвигателем, соединенным с задними колесами через корпус дифференциала. В других конструкциях используются два двигателя меньшего размера для отдельного привода каждого колеса через независимые приводные валы.

Наиболее эффективная на сегодняшний день конструкция использует двигатели, прикрепленные непосредственно к колесу. Их называют «колесными моторами». Благодаря исключению карданных валов и дифференциалов механические потери между двигателем и колесами сведены к минимуму. Энергосистема электромобиля включает в себя как систему привода, так и систему управления. Контроллер подает питание на двигатель от аккумуляторов. Двигатель, в свою очередь, передает мощность для движения автомобиля на ведущие колеса через коробку передач..

Электродвигатели преобразуют электрическую энергию в механическую. Два типа электродвигателей используются в электромобилях для обеспечения мощности колес. Двигатель постоянного тока (DC) и двигатель переменного тока (AC). Двигатели постоянного тока состоят из трех основных компонентов:

  1. Набор катушек возбуждения по периметру двигателя, создающих магнитные силы

    , которые обеспечивают крутящий момент.
  2. Ротор или якорь, установленный на подшипниках, который вращается внутри магнитного поля, создаваемого катушками возбуждения.
  3. Коммутирующее устройство, которое меняет магнитные силы и заставляет якорь вращаться, создавая механическую силу, используемую для вращения ведущих колес.

Двигатель переменного тока аналогичен двигателю постоянного тока тем, что он также имеет набор катушек возбуждения и ротор или якорь, однако, поскольку имеется постоянный реверсивный ток (переменный ток), коммутирующее устройство не требуется. На данном этапе разработки ни один двигатель нельзя считать превосходящим другой. Они оба имеют преимущества и недостатки, перечисленные ниже.

Наверх


 

Сравнение электродвигателей

Двигатель переменного тока Двигатель постоянного тока
Односкоростная коробка передач Многоступенчатая коробка передач
Легкий вес Тяжелее при эквивалентной мощности
Дешевле Дороже
КПД 95 % при полной нагрузке 85-95% КПД при полной нагрузке
Более дорогой контроллер Простой контроллер
Двигатель/контроллер/инвертор дороже Двигатель/контроллер дешевле

Как видно из сравнения, двигатель переменного тока дешевле двигателя постоянного тока, система переменного тока дороже из-за стоимости сложной электроники, связанной с инвертором переменного тока и контроллером двигателя.Двигатели переменного тока являются наиболее часто используемыми двигателями в бытовой технике и станках. Эти двигатели очень надежны, и, поскольку они содержат одну движущуюся часть, они должны работать в течение всего срока службы автомобиля практически без обслуживания. Типовые характеристики двигателя перечислены в таблице ниже.

Характеристики двигателя

об/мин
  Щеточный DC Бесщеточный постоянный магнит постоянного тока Индукция переменного тока
Максимальная эффективность

85-89

95-97

94-95

КПД при нагрузке 10 %

80-87

73-82

93-94

Макс.

4000-6000

4 000–10 000

9000-15000

Стоимость вала, л.с.

$100-150

$100-130

$50-75

Относительная стоимость контроллера и щетки постоянного тока

1

3-5

6-8

1 л.с. = 746 Вт      

Контроллер электромобиля — это устройство, которое работает между батареями и двигателем для управления скоростью и ускорением.Контроллер преобразует постоянный ток батареи в переменный ток для двигателей переменного тока или просто регулирует ток для двигателей постоянного тока. Контроллер также может реверсировать катушки возбуждения двигателя, так что в режиме торможения двигатель становится генератором, а энергия возвращается в батареи. Это известно как рекуперативное торможение, и в течение одного заряда аккумуляторы могут возвращать до 10% или более энергии, потребляемой системой привода.

Наверх

Одним из широко разрекламированных преимуществ электромобиля является рекуперативное торможение.Регенеративное торможение сейчас распространено почти на всех автомобилях, но мало кто понимает, что происходит. В следующем абзаце мы попытаемся объяснить, как это работает.

 

В схеме, показанной выше, есть выходная пара полевых МОП-транзисторов (металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы) с приводом от двигателя. На выходе контроллера чистый постоянный ток. Напряжение. Двигатель будет генерировать противоЭДС. которая пропорциональна скорости его вращения. При нулевой нагрузке или отсутствии ускорения эта задняя эл.м.ф. станет равным выходному сигналу контроллера.

МОП-транзистор представляет собой двунаправленный переключатель, проводящий резистивно (когда он включен) для обоих направлений тока. Итак, рассмотрим ситуацию, когда ток равен нулю, а выход контроллера теперь уменьшен. Противоэдс двигателя теперь выше, чем выходное напряжение контроллера, поэтому двигатель попытается подать ток обратно в контроллер. Если это удастся, двигатель затормозится — у нас будет рекуперативное торможение.

Этот тип схемы (где верхняя сторона включена, а нижняя сторона выключена) может как генерировать, так и потреблять ток. Это работает следующим образом: обратный ток двигателя теперь является прямым током для полевого МОП-транзистора маховика, поэтому, когда он включен, он закорачивает двигатель, чей тормозной ток увеличивается в течение этого периода (стрелка B, наоборот). МОП-транзистор с маховиком теперь отключается, но этот ток должен продолжать течь из-за индуктивности двигателя. Таким образом, он течет в виде обратного тока через управляющий полевой МОП-транзистор, перезаряжая аккумулятор как есть.Дополнительное напряжение для этого получается из энергии, запасенной в индуктивности двигателя. Процесс переключения с привода на торможение полностью автоматизирован. Более того, это делается полностью за счет превышения скорости двигателя над напряжением привода и без какого-либо изменения состояния или переключения внутри контроллера. Регенеративное торможение — это, если угодно, побочный продукт конструкции контроллера и почти полная случайность.

Если транспортное средство движется вниз по слишком крутому склону (или требуемая скорость внезапно снижается, что приводит к очень резкому торможению), ток, генерируемый двигателем, может превышать ток, с которым могут безопасно работать полевые МОП-транзисторы.Поскольку это приведет к взрыву полевых МОП-транзисторов, его необходимо защитить, поэтому все контроллеры, обеспечивающие рекуперативное торможение, также оснащены ограничением тока для предотвращения такого отказа.

В гибридных электромобилях эта проблема становится еще более сложной из-за неиспользованного тока от вспомогательного источника питания. Поскольку приводные двигатели не потребляют ток от вспомогательного источника питания, этот ток все же должен куда-то идти. Контроллер мотора должен отслеживать и учитывать избыточный ток от вспомогательного источника питания, поэтому в определенных ситуациях, когда присутствует слишком большой ток при работе рекуперации и APU, рекуперационный МОП-транзистор также должен быть отключен.для защиты контроллера двигателя.

В ранних версиях электромобилей с двигателями постоянного тока простой контроллер типа переменного резистора регулировал ускорение и скорость транспортного средства. Полный ток и мощность потреблялись от батареи все время. На более низких скоростях, когда требовалась небольшая мощность, использовалось высокое сопротивление для уменьшения тока, подаваемого на двигатель. Это привело к тому, что большой процент энергии батареи был потерян в виде тепла, рассеиваемого резистором. Современные контроллеры регулируют скорость и ускорение с помощью электронного процесса, называемого широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).Коммутационные устройства, такие как IGBT (очень быстродействующие транзисторы с высоким номинальным током), быстро прерывают, включая или выключая по мере необходимости, подачу электричества к двигателям. Высокая мощность достигается, когда интервалы (время между импульсами) очень короткие. Увеличивая время между импульсами, ток ограничивается.

Показанный выше мотор-колесо изготовлен компанией «Технологии М4».

Как упоминалось выше, одним из наиболее интересных вариантов конструкции двигателей является встраивание двигателя непосредственно в колесо.Они называются колесными двигателями и вполне могут когда-нибудь стать нормой, поскольку они удаляют огромное количество механических устройств из транспортного средства, обеспечивая движение колеса… в колесе!

Мотор-колесо в сборе представляет собой элегантную интеграцию электродвигателя и других компонентов в пакет, который помещается внутри шины обычного размера.

 

Мотор-колесо в сборе состоит из высокоэффективного электродвигателя, ведомого контроллера мотор-колеса (MWSC), включая силовую и управляющую электронику, тормоз, подшипники колеса, управляемый интерфейс передней подвески и радиатор, встроенный в статор.Конфигурация трехфазного синхронного двигателя состоит из центрального статора, который поддерживает обмотки и инвертор, окруженного внешним ротором, который поддерживает постоянные магниты.

Колесо установлено непосредственно на роторе для прямой передачи крутящего момента и улучшенного свободного хода. Двигатель в сборе имеет жидкостное охлаждение, чтобы выдерживать высокие постоянные потребности в мощности.

Производители автобусов оценят преимущества компоновки и взаимозаменяемость заднего моста мотор-колеса, который легко помещается в существующие колесные арки.Поперечная балка с большим смещением оси обеспечивает более широкую площадь прохода в полу в конфигурации с низким полом.

Выбор двигателя для использования в электромобиле включает в себя множество переменных. Ни один тип двигателя не может считаться лучшим. При разработке электромобиля необходимо ответить на вопросы, прежде чем выбирать конкретный тип двигателя. Какая мощность вам нужна, нужны ли вам переменные скорости, каково рабочее напряжение аккумуляторной системы, какой крутящий момент вам нужен и на какой скорости, сколько физического места может занимать двигатель, сколько он может стоить, в какой среде будет работать двигатель? Как только вы ответите на эти вопросы, вы можете сделать свой выбор двигателя.После того, как двигатель идентифицирован, необходимо разработать систему управления, обеспечивающую его функционирование.

Наверх


 

Системы управления

Наиболее сложной и важной системой электромобиля является система управления. Система управления отвечает за управление работой электромобиля. Система управления получает входные данные от оператора, сигналы обратной связи контроллера от контроллера двигателя и двигателя, а также сигналы обратной связи от других систем внутри электромобиля.Скорость, с которой система управления должна получать данные от других систем, обрабатывать данные по алгоритму и выдавать ответ на заданные условия, должна достигать миллисекунд. Это требует, чтобы система управления имела микропроцессор, как и компьютер, для выполнения своих задач. Хотя нет двух идентичных систем управления, большинство сигналов обратной связи похожи. В таблице ниже перечислены общие компоненты системы управления и сигналы обратной связи, которые отправляются на микропроцессор.

Контроллер двигателя.

Компонент Сигнал обратной связи
Электродвигатель(и) Температура обмотки
  Скорость ротора (об/мин)
Аккумулятор Напряжение
  Выходной ток
  Температура
Контроллер двигателя

Ток (и направление тока)

  Напряжение
  Температура
 

Ток утечки

Педаль акселератора Напряжение в зависимости от положения педали
Селектор переключения передач ПЕРЕДНИЙ/ОБРАТНЫЙ
  Выбор диапазона

Система управления должна постоянно контролировать перечисленные выше сигналы обратной связи.Например, если температура обмоток в двигателе становится слишком высокой, магнитные свойства этого двигателя могут необратимо измениться или обмотки могут расплавиться. Подавая сигнал обратно в микропроцессор, система управления может ограничить мощность двигателя, если обнаружит повышение температуры. Такое же ограничение или отключение любой системы может иметь место, если возникло нежелательное состояние. Другие сигналы обратной связи передают микропроцессору информацию для управления скоростью транспортного средства.Педаль акселератора работает почти так же, как и в обычных автомобилях. Когда педаль нажата, на микропроцессор отправляется возрастающее напряжение сигнала (не напряжение тяговой батареи), которое дает команду контроллеру двигателя увеличить величину тока в обмотках двигателя, заставляя двигатель вращаться быстрее. По мере уменьшения напряжения сигнала от педали акселератора двигатель вращается медленнее.

В некоторых современных системах управления можно ограничить величину тока, подаваемого на двигатель, на основе выбора переключателя.Это позволяет оператору приспособиться к стилю вождения, соответствующему конкретной ситуации. Например, если водителю требуется определенный диапазон (в милях) от одной зарядки, выбор диапазона может быть установлен таким образом, чтобы микропроцессор ограничивал величину выходного тока от контроллеров двигателя до заданного предела. Если предустановленный предел равен 100 ампер, микропроцессор не допустит, чтобы к двигателям подавался ток выше этого предела. В этом режиме способность к ускорению приносится в жертву дальности. Если водитель находится в зоне, где транспортное средство должно подниматься по крутым склонам, селектор диапазона можно установить таким образом, чтобы можно было использовать максимальный ток, допустимый контроллером двигателя и двигателем.Функция выбора диапазона является ценной функцией, повышающей эффективность контроллера мотора. Конечной целью системы управления является максимизация энергии, хранящейся в тяговой батарее, и предотвращение возникновения небезопасных условий внутри электромобиля.

Наверх


 

Аккумуляторные системы

Аккумулятор электромобиля, с видимыми ячейками. Аккумулятор электромобиля определяет запас хода, способность к ускорению и время перезарядки автомобиля.Поскольку батарея содержит энергию для питания электромобиля и поскольку современные батареи не обеспечивают электромобилям такой же запас хода, как автомобили с ДВС, батареи и альтернативные варианты, такие как маховики и ультраконденсаторы, являются наиболее изученными областями в области электромобилей. Технология аккумуляторных батарей.
 
 
Элемент батареи обычно состоит из 4 основных компонентов, показанных слева. Ячейка содержит положительный и отрицательный электроды, электролит и сепаратор.Положительный электрод получает электроны из внешней цепи, когда ячейка разряжена. Отрицательный электрод отдает электроны во внешнюю цепь, когда ячейка разряжается. Электролит обеспечивает механизм прохождения заряда между положительным и отрицательным электродами. Сепаратор электрически изолирует положительный и отрицательный электроды.

Наверх


 

Как работает клетка?

Электронный поток, восстановление и окисление реакция, вид в разрезе. Когда батарея или элемент вставлены в цепь, они замыкают петлю, которая позволяет заряду равномерно течь по цепи. Во внешней части цепи поток заряда представляет собой электроны, в результате чего возникает электрический ток. Внутри клетки заряд течет в виде ионов, которые переносятся от одного электрода к другому. Течение обусловлено реакциями восстановления и окисления, протекающими на каждом электроде. На каждый электрон, генерируемый в реакции окисления на отрицательном электроде, приходится электрон, потребляемый в реакции восстановления на положительном электроде.Реакция разряда на положительном электроде с потенциалом 1,685 вольт определяется выражением:

Реакция на отрицательном электроде с потенциалом 0,356 вольт определяется как:

Это означает, что общее напряжение свинцово-кислотного элемента составляет 2,04 вольта. Это значение известно как стандартный электродный потенциал. Другие факторы, такие как концентрация кислоты, также могут влиять на напряжение свинцово-кислотного элемента. Типичное напряжение холостого хода (без нагрузки) составляет около 2.15 вольт.

В то время как напряжение элемента определяется его химическим составом, емкость элемента изменяется в зависимости от количества содержащихся в нем активных материалов. Индивидуальные ячейки могут варьироваться от долей ампер-часа до тысяч ампер-часов. Емкость клетки – это, по сути, количество электронов, которые можно из нее получить. Поскольку ток — это количество электронов в единицу времени, емкость ячейки — это ток, подаваемый ячейкой с течением времени, и выражается в ампер-часах.

Приложения

EV требуют огромного количества энергии.Тяговая батарея на электромобилях состоит из множества элементов, которые электрически соединены для обеспечения необходимой емкости накопления энергии. Батареи могут быть соединены вместе последовательно или параллельно.

В последовательной конфигурации отрицательная клемма одной батареи подключается к положительной клемме следующей и так далее, пока не будут достигнуты желаемое напряжение и энергоемкость батареи. Общее напряжение батареи можно найти, умножив количество батарей в цепи на напряжение отдельных ячеек.

В параллельной конфигурации плюс одной батареи соединяется с плюсом другой, и то же самое происходит с минусовой клеммой. В этом случае вы можете достичь желаемой емкости аккумуляторной батареи, но общее напряжение батареи равно напряжению отдельной ячейки. Аккумуляторная система состоит не только из батареи. В этой системе есть множество других компонентов, которые отслеживают каждую соответствующую переменную, касающуюся батареи и метода подзарядки.

Аккумуляторная система состоит не только из одной батареи. В этой системе есть множество других компонентов, которые отслеживают каждую соответствующую переменную, касающуюся батареи и метода подзарядки.

Сегодня в электромобилях используется множество различных типов аккумуляторов. В настоящее время наиболее распространенными аккумуляторами являются залитые свинцово-кислотные, герметичные гелевые свинцово-кислотные, никель-кадмиевые (Ni-Cad) и никель-металлогидридные (NiMH). Типы, размеры и конфигурации аккумуляторов охватывают широкий спектр вариантов.Когда производитель электромобиля находится в процессе проектирования, необходимо ответить на несколько вопросов, прежде чем будет сделан выбор батареи. Это может включать такие вопросы, как сколько места доступно для аккумуляторов, сколько они могут весить, каков желаемый диапазон, каков вес транспортного средства, какова целевая стоимость транспортного средства, как будут перезаряжаться аккумуляторы и что Нужны какие-то системные требования к диску. Это необходимые вопросы из-за разнообразия доступных типов батарей и различий между ними.В приведенной ниже таблице перечислены характеристики наиболее распространенных типов аккумуляторов.

Наверх


 

Характеристики автомобильных аккумуляторных систем

Каждый конкретный тип батареи имеет характеристики, которые делают ее более или менее желательной для использования в конкретном приложении. Стоимость всегда является важным фактором, и никель-металлгидридные батареи возглавляют список цен, а залитые свинцово-кислотные батареи являются самыми недорогими. Что теряется при переводе стоимости, так это тот факт, что NiMH аккумуляторы обеспечивают почти вдвое большую производительность (плотность энергии на вес аккумулятора), чем обычные свинцово-кислотные аккумуляторы.Еще одним фактором, который необходимо учитывать при сравнении аккумуляторов, является время перезарядки. Свинцово-кислотные аккумуляторы требуют очень длительного периода перезарядки, от 6 до 8 часов. Свинцово-кислотные аккумуляторы из-за их химического состава не могут постоянно поддерживать высокий ток или напряжение во время зарядки. Свинцовые пластины в батареях быстро нагреваются и очень медленно остывают. Слишком много тепла приводит к состоянию, известному как «газообразование», когда газообразный водород выделяется из вентиляционной крышки аккумулятора. Со временем выделение газа снижает эффективность батареи, а также увеличивает потребность в обслуживании батареи.Такие батареи, как никель-кадмиевые и никель-металлогидридные, не так восприимчивы к теплу и могут заряжаться очень быстро, что позволяет заряжать их высоким током или высоким напряжением, что может привести батарею от состояния заряда 20% к состоянию заряда 80% за кратчайшее время. 20 минут.

Тип батареи

Плотность энергии Вт·ч/кг

Удельная мощность Вт/кг

жизненных циклов на аккумулятор

Стоимость по шкале от 1 до 10

Текущий свинцово-кислотный

35

150

500

1

Улучшенный свинцово-кислотный

48

150

800

3

GM Овоник NiMH

70

220

>600

8

САФТ NiMH

70

150

1 500

8

Литий-ионный SAFT

120

230

600

9

Литий-полимерный

150

350

<600

10

Зебра хлорид натрия-никеля

86

150

<1000

4

Влияние на характеристики автомобиля

Диапазон

Ускорение

Стоимость жизненного цикла, стоимость замены

Первоначальная стоимость, стоимость замены

Общее напряжение аккумулятора зависит от автомобиля.В настоящее время ведутся переговоры с производителями электромобилей в попытке стандартизировать номинальное напряжение аккумуляторной батареи транспортного средства. Провидцы электромобилей надеются, что станции для подзарядки автомобилей будут доступны на парковках по всему городу. Если бы у электромобилей был установлен диапазон напряжения аккумуляторной батареи, все автомобили могли бы использовать одни и те же зарядные устройства. Производители зарядных устройств в настоящее время разрабатывают «умные» зарядные устройства на базе микропроцессора. «Умное» зарядное устройство получит доступ к банку данных конкретного автомобиля и сможет соответствующим образом регулировать заряд.

Аккумуляторные системы новой технологии также управляются микропроцессором. Микропроцессор получает данные от датчиков внутри аккумуляторной батареи. Температура, выходной ток, напряжение батареи и обнаружение неисправностей возвращаются обратно в микропроцессор, который затем может рассчитать, сколько энергии осталось в батарее, а также сколько энергии было израсходовано. Мониторинг температуры и сопротивления заземления автомобиля защищает как аккумуляторную батарею, так и пассажиров от опасности.

Конфигурации аккумуляторов

также сильно различаются в зависимости от автомобиля и желаемой избыточности системы.Аккумуляторы могут быть соединены вместе в одну длинную последовательную цепь, так что общее напряжение аккумулятора равно сумме всех элементов в ряду. В других системах используются несколько блоков с одинаковым напряжением, параллельных нескольким блокам. Это обеспечивает резервирование системы. Если в одном аккумуляторе выходит из строя элемент, система управления батареями может отключить выход из этого пакета, и транспортное средство может продолжить движение за счет оставшихся аккумуляторных блоков. Транспортное средство потеряет энергию из-за неисправного аккумулятора, что повлияет на запас хода.

 

Слева показан аккумуляторный блок, состоящий из 27 отдельных элементов на 2 В, соединенных последовательно, образуя аккумулятор с напряжением 54 В.

Факторы, влияющие на выбор батареи для конкретных приложений:

Для чисто электрических транспортных средств выбор аккумуляторной батареи в первую очередь зависит от плотности энергии. Плотность энергии определяется как количество энергии, хранящейся в ячейке или батарее, в зависимости от веса или объема.Таким образом, идеальной батареей должна быть батарея, которая производит больше всего энергии, занимает наименьшее пространство и имеет наименьший вес (без учета стоимости). Наиболее перспективными аккумуляторными технологиями, доступными сегодня, являются свинцово-кислотные (Pb-кислотные), никель-кадмиевые (NiCd), никель-металлогидридные (NiMH), литий-полимерные и ионно-литиевые батареи. Сравнение плотностей энергии показано на графике выше. Помимо плотности энергии, существует множество факторов, влияющих на тип батареи, выбранной для использования в электромобиле.К ним относятся стоимость, срок службы (количество циклов заряда-разряда, прежде чем емкость уменьшится с исходных 100% до 80%), время быстрой или быстрой зарядки и удельная мощность (максимальный ток нагрузки, который батарея может обеспечить в течение очень короткого времени). ). Еще одним критерием выбора типа батареи, который тесно связан с плотностью энергии, является удельная энергия батареи.

Удельная энергия – это зависимость плотности энергии от времени, измеряемая в ватт-часах на единицу массы. Удельная энергия важна, потому что она влияет на количество батарей, необходимых в конкретном приложении, и, в свою очередь, на массу или вес батарей, которые транспортное средство должно иметь на борту, чтобы в конечном итоге иметь определенный запас хода только на электричестве.Это наиболее важный фактор для электромобилей, поскольку он определяет их общий запас хода, но не столь критичен для гибридных электромобилей, которые несут большую часть своей энергии в виде газообразного или жидкого топлива. Вместо этого для гибридных электромобилей удельная мощность аккумулятора становится критическим параметром при выборе аккумулятора.

Поскольку в ГЭМ используются два разных источника энергии, потребность в энергии от батарей намного меньше, чем в электромобилях. Поскольку гибриды обычно зависят только от электрической энергии, хранящейся на борту, для обеспечения мощности для ускорения и подъема в гору, ищутся батареи с высокой удельной мощностью и меньшей массой.Удельная мощность — это мощность на единицу массы, поэтому способность батареи обеспечивать потребление большого тока в течение короткого времени с меньшим весом является желаемой целью для HEV. Справа показана диаграмма, в которой сравнивается удельная мощность между типами батарей. В настоящее время информации о литиевых батареях нет.

 

 

Зарядные устройства для аккумуляторов восполняют энергию, используемую электромобилем, так же, как бензонасос пополняет бензобак. Одно существенное отличие состоит в том, что оператор электромобиля может полностью зарядить автомобиль за ночь дома, а не заправляться на заправочной станции.Зарядное устройство для аккумуляторов — это устройство, которое преобразует переменный ток, распространяемый электросетями, в постоянный ток, необходимый для подзарядки аккумулятора.

Наверх


 

Память батареи

Часто можно услышать, что у аккумуляторов есть память. Когда «память» упоминается в одном предложении с батареями, это означает, что батарея не смогла обеспечить заявленную емкость. Если батарея имеет заявленную емкость 100 ампер-часов, а напряжение отсечки постоянно достигается, когда после зарядки израсходовано только 80% или 80 ампер-часов, это часто называют эффектом памяти.Есть много мнений относительно того, имеют ли аккумуляторы память. Использование термина «память» для описания потери способности, вероятно, является источником путаницы. Производительность батареи может быть неизменно низкой, ее емкость разряда составляет от 2% до 3% во время каждого цикла разрядки. Но батарейки так не достаются из «памяти». Это несколько разных причин плохой работы, и, как правило, за этот эффект отвечает смотритель батареи.

Вот некоторые из наиболее распространенных причин проблем с производительностью, связанных с эффектом «памяти»;

1.Неправильная зарядка, т. е. постоянная перезарядка или недозарядка
2. Превышение пороговых значений температуры батареи во время зарядки или разрядки

Так что же случилось с батареей, которая испытывает эффект «памяти»? Из-за различных типов батарей и используемых химических веществ не существует единого общего термина, который можно было бы применить для описания того, что вызывает плохую работу всех батарей. Однако известно, что высокие температуры изменяют молекулярные структуры участвующих химических веществ, что может привести к более высокому внутреннему сопротивлению внутри батареи, что приводит к понижению напряжения.Недостаточный заряд может привести к накоплению сульфата свинца на пластинах свинцово-кислотных аккумуляторов, что также увеличивает внутреннее сопротивление батареи, поскольку токи становятся ограниченными и не могут протекать через всю площадь поверхности пластин. Перезарядка может иметь тот же эффект, что и высокая температура, изменяя кристаллическую структуру химических веществ внутри батареи.

Можно ли стереть «память» батареи? В большинстве случаев ответ «да». При правильном выполнении нескольких циклов заряда/разряда эффект памяти может быть разрушен, и емкость аккумулятора вернется к исходному значению.Однако в некоторых случаях, если батарея плохо обслуживалась в течение длительного периода времени (месяцев), возможно, что произошло необратимое повреждение, и срок службы и емкость батареи определены и не могут быть исправлены.

Наверх


 

Типы зарядки

Существует несколько различных типов зарядных устройств в зависимости от того, как они контролируют скорость зарядки.

Постоянное напряжение

Подается постоянное напряжение, и в батарею поступает ток (наибольшая сила тока возникает, когда батарея полностью разряжена, и снижается до низкого тока, когда батарея почти заряжена.) Электроника на зарядах постоянным напряжением относительно проста, поэтому такие типы зарядных устройств, как правило, дешевле.

 

 

 

 

Комбинация постоянного тока/постоянного напряжения

Цикл зарядки начинается с высокого постоянного тока до тех пор, пока напряжение не достигнет заданного значения, а затем изменяется на управление постоянным напряжением. Это самый сложный из основных типов зарядных устройств, который, как правило, увеличивает срок службы батареи за счет уменьшения нагрева в процессе зарядки.Эти зарядные устройства также имеют тенденцию повышать производительность батареи.

 

 

 

 

Импульсная зарядка

Один из передовых методов зарядки, которые в настоящее время оцениваются, устраняет практику требования постоянного тока и/или постоянного напряжения за счет «пульсирующего» напряжения. Серия очень высоких импульсов тока и напряжения применяется до тех пор, пока напряжение батареи не достигнет заданного значения. Основным преимуществом импульсного зарядного устройства является значительное снижение тепловыделения, что позволяет зарядному устройству работать с высоким уровнем напряжения, даже когда батарея почти полностью заряжена.Кроме того, уменьшение тепла приводит к уменьшению «потерянной» энергии. Таким образом, импульсная зарядка позволяет значительно сократить время зарядки и является более энергоэффективной.

 

Несмотря на то, что существует множество типов зарядных устройств для аккумуляторов, производитель транспортного средства поставит или порекомендует подходящее зарядное устройство для аккумуляторов электромобиля.

Наверх


 

Варианты расположения/подключения зарядного устройства

Зарядные устройства для аккумуляторов электромобилей могут находиться на борту (в электромобиле) или вне борта (в фиксированном месте).Как и во многих вариантах, у обоих типов есть свои преимущества и недостатки. Если зарядное устройство находится на борту, аккумуляторы можно заряжать в любом месте, где есть электрическая розетка. Недостатком бортовых зарядных устройств является ограничение их выходной мощности из-за ограничений по размеру и весу, продиктованных конструкцией автомобиля. Выходная мощность внешних зарядов ограничена только способностью батарей принимать заряд. В то время как владелец электромобиля может сократить время, необходимое для перезарядки аккумуляторов, с помощью мощного внешнего зарядного устройства, гибкость зарядки в разных местах ограничена.

Наверх


 

Методы зарядки

Существует два основных метода соединения, используемых для завершения соединения между электросетью, зарядным устройством и автомобильным разъемом. Первый — это традиционная вилка (называемая токопроводящей муфтой). При таком подключении оператор электромобиля подключает свой автомобиль к соответствующей розетке (например, 110 или 220 вольт), чтобы начать зарядку. Этот тип соединения можно использовать с зарядным устройством в автомобиле (бортовое) или вне автомобиля (внебортное).

Второй тип связи называется индуктивной связью. В этом типе сцепления используется лопасть, которая вставляется в гнездо на автомобиле. Вместо того, чтобы передавать мощность по прямому проводному соединению, мощность передается по индукции, которая представляет собой магнитную связь между обмотками двух отдельных катушек, одна в лопасти, другая установлена ​​в транспортном средстве.

Индуктивная зарядка

Индуктивное зарядное устройство не имеет прямого электрического соединения с автомобилем.Защищенная от непогоды лопатка передает энергию на зарядный порт автомобиля через магнитное поле. Внешние зарядные устройства Delco представляют собой безопасную и простую в использовании систему зарядки электромобилей. Вставка зарядного соединителя — это все, что требуется для начала зарядки. Зарядка может быть прекращена в любой момент путем снятия муфты. Двусторонняя связь и встроенная диагностика обеспечивают безопасное соединение и предотвращают движение автомобиля во время соединения.

Кондуктивная зарядка

В токопроводящем зарядном устройстве энергия передается на транспортное средство посредством контакта металл-металл.Разъем, такой как AVCON (слева), надежно обеспечивает связь между источником питания и зарядным портом автомобиля.

Наверх


 

Уровни заряда

Зарядные устройства также классифицируются по уровню мощности, которую они могут обеспечить аккумуляторной батарее:

Уровень 1 — Обычная бытовая цепь, рассчитанная на 120 вольт/переменный ток и рассчитанная на 15 ампер.

Зарядные устройства первого уровня

используют стандартное бытовое 3-контактное соединение и обычно считаются портативным оборудованием.

Уровень 2. Оборудование для питания электромобилей с постоянным проводом, используемое специально для зарядки электромобилей и рассчитанное на напряжение до 240 вольт переменного тока, до 60 ампер и до 14,4 киловатт.

Уровень 3. Постоянно подключенное оборудование для питания электромобилей, используемое специально для зарядки электромобилей, мощностью более 14,4 киловатт. Быстрые зарядные устройства относятся к зарядным устройствам уровня 3. Однако не все зарядные устройства уровня 3 считаются устройствами быстрой зарядки. Это зависит от размера аккумуляторной батареи, которую необходимо зарядить, и от того, сколько времени требуется для зарядки аккумуляторной батареи.Зарядное устройство можно считать устройством для быстрой зарядки, если оно способно зарядить аккумуляторную батарею среднего электромобиля за 30 минут или меньше.

Наверх


 

Управление батареями

При таком большом количестве различий в зарядных устройствах и методах зарядки возникла необходимость контролировать состояние заряжаемых и разряжаемых аккумуляторов. Были разработаны системы управления батареями (BMS), которые управляются микропроцессором, что позволяет программировать алгоритмы зарядки в системе практически для всех различных типов батарей.Эти системы контролируют энергию, потребляемую транспортным средством во время движения, а также температуру, напряжение отдельных элементов и общее напряжение батареи. Тот же процесс отслеживается в обратном порядке во время зарядки, создавая подстраховку в случае проблем с одной ячейкой внутри аккумуляторной батареи.

С существующими электромобилями и зарядными устройствами для зарядки аккумуляторной батареи электромобиля обычно требуется от нескольких часов до ночи. Время, необходимое для перезарядки аккумуляторов электромобилей, зависит от общего количества энергии, которое может храниться в аккумуляторной батарее, а также от напряжения и тока (т.е., питание) от зарядного устройства.

Новые разработки в области подзарядки аккумуляторов сокращают время, необходимое для подзарядки аккумуляторов электромобилей, до 10-15 минут. Например, импульсные зарядные устройства продемонстрировали, что аккумулятор электромобиля можно зарядить менее чем за 20 минут, не повредив его. Когда эта технология будет полностью развернута, электрические зарядные станции, подобные заправочным станциям, позволят оператору электромобиля быстро перезарядить аккумуляторную батарею.

Эта новая технология зарядного устройства в сочетании с усовершенствованными батареями с пробегом в 200 миль между подзарядками предоставит водителю электромобиля ту же свободу на дороге, которой в настоящее время пользуются водители автомобилей с бензиновым двигателем.

Наверх


 

Аксессуары (электростеклоподъемники, обогрев, вентиляция, усилитель руля и т. д.)

Электромобиль поддерживает те же вспомогательные функции, что и транспортное средство с двигателем внутреннего сгорания.Эти аксессуары включают в себя радиоприемники, фары, отопление и кондиционирование воздуха, гидроусилитель руля, а для более крупных транспортных средств, таких как грузовики и автобусы, воздушную систему. Однако способ, которым эти устройства получают питание, сильно отличается. Двигатель внутреннего сгорания оборудован генератором на 12 вольт. Система охлаждения двигателя является источником тепла для автомобиля. Кондиционер и гидроусилитель руля выполняются с использованием системы ремня и шкива, которая взаимодействует с насосом для гидроусилителя руля и компрессором для кондиционирования воздуха.Поскольку в электромобилях не используется двигатель, для работы с электромобилями были разработаны альтернативные методы.

Вспомогательная система на 12 В, которая подает питание на такие устройства, как фары, радио, стеклоочиститель и стеклоомыватель, электрические стеклоподъемники и дверные замки или любые другие электрические устройства в автомобиле, потребляет энергию от основной тяговой батареи. Вспомогательная система не работает на том же уровне напряжения, что и тяговая система (система, обеспечивающая питание колес), а вместо этого понижена с диапазона напряжения 324-216 вольт постоянного тока до 12 вольт постоянного тока с помощью устройства, называемого Преобразователь постоянного тока в постоянный.

Существует несколько различных способов обогрева электромобиля. Один из первых использованных методов был известен как «резистивный» нагрев. Нагрев сопротивлением осуществляется с помощью нагревательного элемента, аналогичного нагревательным элементам на плите или в духовке. Нагревательный элемент нагревается при подаче электричества, и вентилятор дует на элемент, рассеивая тепло. К недостаткам этого метода можно отнести безопасность и эффективность. Тепловые элементы потребляют большое количество энергии. Другие альтернативные методы отопления включают использование нагревателей, которые сжигают чистое топливо, такое как жидкий пропан или сжатый природный газ.Охлаждение электромобилей в прошлом осуществлялось с использованием стандартной технологии кондиционирования воздуха, аналогичной домашним кондиционерам, устанавливаемым на окнах. Эти кондиционеры были эффективны, хотя и неэффективны. Недавние разработки в области силовой электроники позволили производителям транспортных средств разместить в электромобилях эффективный реверсивный тепловой насос, который может охлаждать или нагревать.

Усилитель руля на электромобиле достигается за счет добавления односкоростного двигателя постоянного тока и контроллера двигателя.Двигатель соединен с насосом гидроусилителя рулевого управления через шестерни или систему ремня и шкива. Работа контроллера двигателя заключается в поддержании вращения двигателя с постоянной скоростью при различных нагрузках. В воздушной системе больших грузовиков и автобусов используется тот же метод, когда двигатель постоянного тока вращает вал воздушного компрессора. Здесь важно понимать, что двигатели постоянного тока включаются и остаются включенными только в том случае, если транспортному средству требуется пневматическое или рулевое управление с усилителем. Если автомобиль остановлен, усилитель рулевого управления не нужен, и двигатель усилителя рулевого управления отключится.Всякий раз, когда воздушные резервуары полны, этот двигатель также отключается.

 

Что такое трехфазный двигатель и как он работает?

Трехфазные двигатели (также обозначенные численно как трехфазные двигатели) широко используются в промышленности и стали рабочей лошадкой многих механических и электромеханических систем из-за их относительной простоты, проверенной надежности и длительного срока службы. Трехфазные двигатели являются одним из примеров типа асинхронного двигателя, также известного как асинхронный двигатель, который работает с использованием принципов электромагнитной индукции.Хотя существуют также однофазные асинхронные двигатели, эти типы асинхронных двигателей реже используются в промышленности, но широко используются в быту, например, в пылесосах, компрессорах холодильников и кондиционерах, благодаря использованию однофазных асинхронных двигателей. фазное питание переменного тока в домах и офисах. В этой статье мы обсудим, что такое трехфазный двигатель и опишем, как он работает. Чтобы получить доступ к другим ресурсам о двигателях, обратитесь к одному из наших других руководств по двигателям, посвященным двигателям переменного тока, двигателям постоянного тока, асинхронным двигателям, или к более общей статье о типах двигателей.Полный список связанных статей по двигателям находится в разделе связанных статей.

Что такое трехфазное питание?

Чтобы разобраться в трехфазных двигателях, полезно сначала разобраться с трехфазным питанием.

При производстве электроэнергии переменный ток (AC), создаваемый генератором, характеризуется тем, что его амплитуда и направление меняются со временем. Если графически показать амплитуду по оси y и время по оси x, соотношение между напряжением или током ивремя будет напоминать синусоиду, как показано ниже:

Рисунок 1 – Однофазный переменный ток

Изображение предоставлено: Фуад А. Саад/Shutterstock.com

Электроэнергия, подаваемая в дома, является однофазной, а это означает, что имеется один проводник с током, а также соединение с нейтралью и соединение с землей. В трехфазном питании, которое используется в промышленных и коммерческих условиях для запуска более крупного оборудования, требующего большей мощности, есть три проводника электрического тока, каждый из которых работает с разностью фаз 120 o 2π/3. радианы друг от друга.Если посмотреть графически, каждая фаза будет отображаться как отдельная синусоида, которая затем объединяется, как показано на изображении ниже:

Рисунок 2 – Трехфазная электроэнергия со сдвигом фаз 120
o между каждой фазой

Изображение предоставлено: teerawat chitprung/Shutterstock.com

Трехфазные двигатели питаются от электрического напряжения и тока, которые генерируются как трехфазная входная мощность и затем используются для производства механической энергии в виде вращающегося вала двигателя.

Что такое трехфазный двигатель?

Трехфазные двигатели представляют собой тип двигателя переменного тока, который является конкретным примером многофазного двигателя. Эти двигатели могут быть либо асинхронными двигателями (также называемыми асинхронными двигателями), либо синхронными двигателями. Двигатели состоят из трех основных компонентов – статора, ротора и корпуса.

Статор состоит из ряда пластин из легированной стали, вокруг которых намотана проволока, образующая индукционные катушки, по одной катушке на каждую фазу источника электроэнергии.Обмотки статора питаются от трехфазного источника питания.

Ротор также содержит индукционные катушки и металлические стержни, соединенные в цепь. Ротор окружает вал двигателя и является компонентом двигателя, который вращается для создания выходной механической энергии двигателя.

Корпус двигателя удерживает ротор вместе с валом двигателя на наборе подшипников для уменьшения трения вращающегося вала. Корпус имеет торцевые крышки, удерживающие опоры подшипников, и вентилятор, прикрепленный к валу двигателя, который вращается при вращении вала двигателя.Вращающийся вентилятор всасывает окружающий воздух снаружи корпуса и нагнетает воздух через статор и ротор для охлаждения компонентов двигателя и рассеивания тепла, выделяемого в различных катушках из-за сопротивления катушки. Корпус также обычно имеет приподнятые механические ребра снаружи, которые служат для дальнейшего отвода тепла к наружному воздуху. Торцевая крышка также обеспечивает место для размещения электрических соединений для трехфазного питания двигателя.

Как работает трехфазный двигатель?

Трехфазные двигатели работают по принципу электромагнитной индукции, который был открыт английским физиком Майклом Фарадеем еще в 1830 году.Фарадей заметил, что когда проводник, такой как катушка или петля провода, помещается в изменяющееся магнитное поле, в проводнике возникает индуцированная электродвижущая сила или ЭДС. Он также заметил, что ток, протекающий в проводнике, таком как провод, будет генерировать магнитное поле и что магнитное поле будет меняться по мере того, как ток в проводе изменяется либо по величине, либо по направлению. Это выражается в математической форме, связывая ротор электрического поля со скоростью изменения во времени магнитного потока:

Эти принципы составляют основу для понимания того, как работает трехфазный двигатель.

Рисунок 3 ниже иллюстрирует закон индукции Фарадея. Обратите внимание, что наличие ЭДС зависит от движения магнита, что приводит к существованию изменяющегося магнитного поля.

Рисунок 3 – Принцип электромагнитной индукции

Изображение предоставлено: Фуад А. Саад/Shutterstock.com

Для асинхронных двигателей, когда статор питается от трехфазного источника электроэнергии, каждая катушка создает магнитное поле, полюса которого (северный или южный) меняют положение при колебаниях переменного тока в течение полного цикла.Поскольку каждая из трех фаз переменного тока сдвинута по фазе на 120 o , магнитная полярность трех катушек не одинакова в один и тот же момент времени. Это условие приводит к тому, что статор создает то, что известно как RMF или вращающееся магнитное поле. Поскольку ротор находится в центре катушек статора, изменяющееся магнитное поле статора индуцирует ток в катушках ротора, что, в свою очередь, приводит к созданию ротором противоположного магнитного поля. Поле ротора стремится выровнять свою полярность с полем статора, в результате чего к валу двигателя прикладывается чистый крутящий момент, и он начинает вращаться, стремясь привести свое поле в соответствие.Обратите внимание, что в трехфазном асинхронном двигателе нет прямого электрического соединения с ротором; магнитная индукция вызывает вращение двигателя.

У трехфазных асинхронных двигателей ротор стремится сохранить соосность с RMF статора, но никогда этого не достигает, поэтому асинхронные двигатели также называют асинхронными двигателями. Явление, из-за которого скорость ротора отстает от скорости RMF, известно как скольжение и выражается как:

, где N r — скорость ротора, а N s — синхронная скорость вращающегося поля (RMF) статора.

Синхронные двигатели работают аналогично асинхронным двигателям, за исключением того, что в случае синхронного двигателя поля статора и ротора синхронизированы, так что RMF статора заставит ротор вращаться с точно такой же скоростью вращения (в синхронизация – поэтому скольжение равно 0). Для получения дополнительной информации о том, как это достигается, обратитесь к этим статьям о реактивных двигателях и бесщеточных двигателях постоянного тока. Обратите внимание, что синхронные двигатели, в отличие от асинхронных двигателей, не должны питаться от сети переменного тока.

Контроллеры двигателей для трехфазных двигателей

Скорость, создаваемая трехфазным двигателем переменного тока, зависит от частоты сети переменного тока, поскольку она является источником RMF в обмотках статора. Таким образом, некоторые контроллеры двигателей переменного тока работают, используя входной ток переменного тока для генерации модулированного или регулируемого входного сигнала частоты для двигателя, тем самым контролируя скорость двигателя. Другой подход, который можно использовать для управления скоростью двигателя, заключается в изменении скольжения (описано ранее).Если скольжение увеличивается, скорость двигателя (то есть скорость ротора) уменьшается.

Чтобы узнать больше о подходах к управлению двигателем, ознакомьтесь с нашей статьей о контроллерах двигателей переменного тока.

Резюме

В этой статье представлено краткое обсуждение того, что такое трехфазные двигатели и как они работают. Чтобы узнать больше о двигателях, ознакомьтесь с нашими соответствующими статьями, перечисленными ниже. Для получения информации о других продуктах обратитесь к нашим дополнительным руководствам или посетите платформу поиска поставщиков Thomas, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть подробную информацию о конкретных продуктах.

Источники:
  1. https://kebblog.com/how-a-3-phase-ac-induction-motor-works/
  2. https://www.engineering.com/ElectronicsDesign/ElectronicsDesignArticles/ArticleID/15848/Three-Phase-Electric-Power-Explained.aspx
  3. http://www.oddparts.com/oddparts/acsi/defines/poles.htm
  4. http://www.gohz.com/how-to-determine-the-pole-number-of-an-induction-motor
  5. https://www.elprocus.com/induction-motor-types-advantages/
  6. https://www.intechopen.com/books/electric-machines-for-smart-grids-applications-design-simulation-and-control/однофазные-двигатели-для-бытовых-приложений
  7. https://www.worldwideelectric.net/resource/construction-ac-motors/
  8. https://www.gainesvilleindustrial.com/blog/single-three-phase-motors-guide/

Другие товары для двигателей

Другие товары от Машины, инструменты и расходные материалы

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.