Электрический роторный двигатель принцип работы

Строение ротора асинхронного двигателя

Ротор – важная составляющая многих машин и механизмов. Наиболее важной деталью, обозначаемой при помощи данного понятия, является так называемый якорь электрического двигателя, генераторов переменного тока. Равно как и колесо, изобретение и использование ротора позволили сделать человечеству огромный шаг навстречу электрификации. Более подробно о том, что такое ротор, в каких механизмах и машинах он применяется, каких видов бывает, будет рассказано в этой статье.

Ротор

Определение

С точки зрения электротехники, классический ротор – это вращающееся цилиндрическое тело, имеющее следующее строение:

• Вал из прочной инструментальной стали с как минимум двумя подшипниками, расположенными по одному в передней и задней частях;
• Сердечники из толстых металлических пластин;
• Намотанные на собранные из пластин сердечники катушки;
• Коллектор или пара специальных токопроводящих колец.

Для принудительного воздушного охлаждения вращающейся очень часто с большой скоростью детали служит расположенная в одном из его торцов крыльчатка. В генераторах вращение ротору передается от турбины, соединенной с ним через общий вал, или от работающего двигателя при помощи шкива, на который одет гибкий и прочный ремень (клинно-ременная передача).

Так, основная функция ротора – это вращение относительно неподвижной части. В электротехнике такой неподвижной частью является статор. Вместе ротор и статор являются важнейшими составляющими электродвигателей и генераторов переменного тока.

Роторные Двигатели- Главная

Этот сайт посвящен теме настоящего и прошлого роторных двигателей внутреннего сгорания, а так же обзору разработок перспективных моделей роторных двигателей.

Повышение удельной мощности и экономичности двс на пути совершенствования обычных
поршневых моторов уже не имеет больших перспектив, и в этом направлении развития технического прогресса
наиболее целесообразно разрабатывать еще мало востребованные возможности двигателя роторной схемы.

Автор надеется, что информация с этого сайта будет полезна всем тем, кого интересует
тюнинг автомобилей и форсирование двигателей, всем кто ищет замену поршневому двигателю на
спортивных машинах и гоночных мотоциклах, в легкомоторной авиации и на скоростных
катерах, на квадроциклах, внедорожниках и иной экстремальной технике, требующей легких,
но мощных моторов.

К октябрю 2012 года мною изготовлено и испытано за несколько лет 4 разных модели, и полученные результаты и весьма ценный опыт натурных испытаний я положил в дело создания очередного поколения роторных двигателей, которые сейчас находятся в стадии заводского производства. Надеюсь, что к концу 2012 года, очередная (пятая) модель будет изготовлена и окажется готовой к испытаниям.
В настоящее время я являюсь автором 3-х Патентов на Изобретения в области разных конструкций роторных двигателей.

Патентование разных идей и схем, которые возможно применить в деле создания роторных двигателей мною продолжается.

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОГРЕССА КОНСТРУКЦИЙ ДВИГАТЕЛЕЙ, ГЛОБАЛЬНЫЙ ТЮНИНГ ИДЕИ ДВИГАТЕЛЯ

Стремительный и бурный прогресс в технике – это главное что отличает современное общество от состояния человечества в прошлые века. И темпы этого прогресса нарастают и стремительно увеличиваются. Компьютер 10 летней давности – это уже музейный экспонат, а сотовый телефон 5 –летней конструкции — совсем архаичное изделие. Активно идет прогресс техники и технических решений в биотехнологиях, в строительном деле, в военной технике и пр. Все в современном мире достаточно бурно и активно развивается и прогрессирует.

Однако в современной технике есть одна ключевая и неотъемлемая от иных областей развития инженерной теории и практики отрасль, где прогресс практически замер много десятилетий назад и в последние полвека нерешительно топчется на месте, так и не в силах совершить значительный новый шаг. Это технический прогресс в конструировании и производстве двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Действительно вся огромная транспортная сфера наземных колесных машин и водного транспорта использует 4-х тактные поршневые двигатели внутреннего сгорания образца 140 летней давности. Примерно теми же двигателями 2-х тактного варианта пользуется так же огромная сфера механизированного ручного инструмента и строительной техники. Без особых серьезных изменений своего главного принципа работы 4-х тактные поршневые двигатели дошли до сегодняшнего времени именно из той стародавней эпохи.

Создание 2-х тактного варианта поршневого двигателя относится к тем же годам. 4-х тактный поршневой двигатель, работающий с воспламенением от сжатия (двигатель Дизеля) лишь на 20 лет моложе 4-х тактного поршневого двигателя, работающего с применением принудительного искрового зажигания (двигателя Отто) – Рудольф Дизель получил патент на свою конструкцию поршневого двигателя в 1893 году.

С тех пор совершенствование поршневых двигателей идет лишь по пути «внешнего тюнинга» — т.е. видоизменения и совершенствования давно существующих их конструктивных элементов и добавления вспомогательных механизмов. По сути дела сама конструкция традиционных двигателей со всеми ее достоинствами и недостатками совершенно не меняется последние 140-120 лет. При том, что недостатки этих конструкций: малая удельная мощность, плохой режим крутящего момента, невысокий КПД и токсичность выхлопных газов — как минимум последние 100 лет подвигали инженеров думать над созданием альтернативных типов двигателя, который бы был лучше по всем параметрам поршневого ДВС. Но тема создания нового типа двигателя оказалась очень непростой и трудной в реализации.

Коротко рассмотрим основные этапы развития и «конструкционного вызревания» идеи поршневого двигателя:

1859 г. – появление действующего без сжатия поршневого двигателя Ленуара;
1877 г. – появление 4-х тактного поршневого двигателя Отто с искровым зажиганием, на светильном газе;
1885-1895 гг. — появление карбюраторов для питания 4-х тактного двигателя жидким топливом – бензином;
1893 г. — начала работы над конструкциями 4-х тактного поршневого двигателя работающего с воспламенением от сжатия (двигатель Дизеля);
1886 г. – формулирование принципа различия между ходом сжатия и ходом расширения поршневого двигателя – цикл Аткинсона;
1890 гг. – появление многоцилиндровых поршневых двигателей;
1915 г. – первое появление в конструкции авиационного двигателя V- образной схемы расположения цилиндров;
1911 г. – изобретение устройства принудительного наддува цилиндров двигателя рабочей смесью;
1939-1941 гг. – начало массовой установки непосредственного впрыска топлива (инжектора) на авиационные двигатели в военной области;

С тех пор свежих идей по совершенствованию принципа работы поршневого двигателя не возникало, как и особых новаций в конструкцию традиционного 4-х тактного или 2-х тактного двигателя не вносилось. При том, что попытки заменить один из главных сложных и трудных элементов конструкции, в котором заключалось множество недостатков традиционных двигателей — кривошипно-шатунного механизма, предпринимались без малого сто лет. Но работа по созданию бесшатунной схемы поршневого двигателя за все это время к серьезным успехам так и не привела.

А вот еще несколько временных дат и заметок к ним, в истории развития двигателей внутреннего сгорания.
1930-е годы — создание первых прототипов воздушно-реактивных двигателей для авиации;
1950-е годы – начало массового перехода авиации, вначале военной, а затем и гражданской, с поршневых двигателей, на воздушно-реактивные;
1957 г.- создание первого работоспособного варианта роторного двигателя с планетарным типом движения (двигатель Ванкеля);

Итак, из всех этих хронологических выкладок видно, что в некоторых видах техники – в авиации, например, с появлением более эффективных видов двигателей, уже 60 лет назад произошел массовый переход на иной уровень техники и на иной тип двигателей. И сейчас большой магистральный авиалайнер с винтомоторными установками на основе 4-х тактных поршневых двигателей будет казаться совершенной нелепостью и архаичным возвратом к древней технической идее 60-ти летней давности со всем неизбежным букетом падения и резкого ухудшения всех эксплуатационных и технических характеристик такого самолета.

Но если поршневой двигатель на самолете (за исключением самых малых) оказывается старинным экспонатом для музея, то почему же тогда двигатель такой конструкции на автомобиле – мотоцикле или на большом корабле оказывается очень современным и качественным выбором? Все тут просто, поршневой двигатель внутреннего сгорания, при всех своих массовых, серьезных и всем известных недостатках, просто не имеет лучшей замены. На современном уровне развития техники его просто не чем заменить.

Газовые турбины и их близкие родственники – авиационные воздушно-реактивные двигатели, в малых габаритах (мощности менее 1 000 кВт) резко теряют свои преимущества и в малых массо-габаритных параметрах не имеют преимуществ, и даже уступают поршневым ДВС.

Вот почему «большая авиация» с потребностями в огромных мощностях и большими оборотами вращения рабочих органов, давно ушла от поршневых двигателей к турбинам. Но вот все огромное многообразие малых силовых установок — это до сих пор царство давно морально устаревших и требующих «тюнинга идеи» поршневых двигателей.

После всего выше описанного, можно сказать со всей определенностью – прогресс в двигателестроении происходит крайне медленно и не идет по своим темпам ни в какое сравнение с такими лидерами современных технологий, как цифровые технологии, электронная техника, биотехнологии или даже строительная индустрия с ее все новыми и новыми материалами.

А вот в двигателестроении «тюнинг» идей ни как не даст нужного результата. В итоге весь прогресс в среде совершенствования двигателей достигается лишь бесконечным «обвешиванием» двигателей электронными системами, что в итоге дает 1,5 -2 процента экономии. Но этот прогресс достигается заметным усложнением электронной и электрической схемы, которая в итоге становится все более капризной, уязвимой и недолговечной. С соответственным поднятием цены двигателя. Но «тюнинг» двигателей за счет «обвешивания» современной электроникой безнадежно устаревшей «железной» основы двигателя – дело заведомо малоэффективное и очень трудоемкое. Прогресс техники должен идти иным путем – за счет радикальной смены уровня техники, применения новых ярких и глобально иных по своему содержанию идей.

Давайте задумаемся, над таким историческим фактом. Век активного и массового применения паровых двигателей длился около 120 лет и к концу этого периода паровая машина была уже весьма архаическим и малоэффективным устройством по сравнению с иными типами двигателей. Действительно, в 20-е годы 19-го столетия, когда началось строительство железных дорог и первых пароходов, паровая машина была вершиной технического прогресса. А в 40-х годах 20-го столетия, когда век паровых машин окончательно завершился, они были уже элементами давнего прошлого. И никто не пытался совершать «тюнинг» паровых двигателей за счет оснащения их новейшей автоматикой на электрической основе и пр. Просто они были заменены на более совершенные типы двигателей принципиально иного типа действия.

Но теперь задумаемся — эпоха поршневых двигателей внутреннего сгорания длиться уже более 130 лет, а завершения ей еще не видно. И это при том, что недостатки поршневых ДВС всем очевидны, а авиация еще 60 лет назад совершила переход на более эффективные двигатели. Просто пока в сфере двигателей малой мощности этим уже давно малоэффективным силовым установкам с КПД в пределах 25-30% нет замены, ибо не создано лучших конструкций. Но это лишь пока.

Этот сайт как раз посвящен направлению развития иных конструкций двигателей внутреннего сгорания, иного технического устройства, чем поршневые двигатели. Это направление техники — создание роторных двигателей. Многим известен роторный двигатель Ванкеля, который уже более 40 лет выпускает японский автопроизводитель Mazda, и которые когда –то выпускал наш АвтоВАЗ. Этот двигатель – маленький и мощный, пользуется большим успехом в спортивной автотехнике, как и у любителей «тюнинга» своих авто.

Но этот двигатель имеет и много больших недостатков, поэтому он и не получил широкого распространения. Но сам принцип вращения главного рабочего элемента (т.е. ротора вместо поршня) может воплощаться в конструкции 7-ми разных типов двигателей, и двигатель Ванкеля относится только к одному из этих типов. Поэтому потенциальный выбор в сфере разных типов роторных двигателей для поиска наилучших технических решений – очень широкий. И именно на этих путях я вижу возможность создания конструкции двигателя, который по всем статьям окажется лучше и эффективнее традиционных поршневых двигателей.

Основной груз финансирования моих работ по созданию совершенного роторного двигателя лежит на моих материальных возможностях. А они весьма скромные. Другой возможности я пока не вижу, ибо годами выпрашивать деньги на развитие перспективной отрасли техники — роторных двигателей у разных окаменевших от ощущения собственной важности гос-чиновных и торгово-коммерческих господ — не в моих привычках.

С другой сторны — я вижу, что среди посетителей моего сайта есть значительное количество людей, искренне заинтересованных в развитии отечественной инженерной школы и в прогрессе современной техники. Поэтому я обращаюсь ко всем подобным посетителям моего сайта с просьбой о посильной финансовой поддержке моих трудов. Даже если 15-20 человек в месяц пожервуют на мои работы по 100-200 рублей, то это будет уже заметная для меня сумма. Если кто-то захочет пожертвовать несколько большую сумму, то взносы более 5 тыс. рублей я могу засчитывать как предоплату за будущую поставку полу-промышленных вариантов моего мотора таким людям. Ведь я искренне надеюсь на успеех моего дела и в относительно недалеком будущем планирую попробовать собрать опытную партию моих роторных двигателй. Тем более, что я за время изготовления 4-х опытных моделей достиг определенного успеха на этом пути, и заодно как-то уже отработал технологию изготовления таких моторов. Самая трудная часть пути уже пройдена.

РЕКЛАМНОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ

При этом — может быть, кто-то из посетителей моего сайта, кто имеет отношение к различным деловым структурам, близким по отраслевым интересам к машиностроению, продаже машин, механизмов и транспортных средств, тюнингу автомобилией и конкретно к тюнингу двигателей, захочет разместить на платной основе рекламу на моем сайте, то это было бы очень хорошо и заметно помогло мне.

Тем более, что мой сайт http://www.rotor-motor.ru/ является единственной специализированной и профильной, как и единственной активно развивающейся площадкой в Рунете, посвященной перспективам развития роторных двигателей,как и обзору всего разноообразия их конструкций. Ежедневно на моем сайте бывает от 500 до 800 человек целевой публики. В некоторые дни число посетителей переваливает за тысячу. Если у кого появляется интерес к размещению рекламы на моем сайте — пишете мне на почту. Буду рад выслушать любые предложения.

Одна из самых интересных страничек сайта- посвящена паровым роторным двигателям и коловратным паровым машинам. ПАРОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ТВЕРСКОГО Нажмите по ссылке, чтобы прейти на страницу о паровых роторных машинах.

Вы можете оформить подписку на новости сайта (все новости будут оперативно доставляться на указанный вами почтовый ящик) — заполнив форму на страничке НОВОСТИ САЙТА

Принцип действия.

В основу работы электрической машины заложено явление электромагнитной индукции (ЭМИ). Явление ЭМИ заключается в том, что при любом изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, в нем (контуре) образуется индукционный ток.

Сам двигатель состоит из ротора (подвижной части – магнита или катушки) и статора (неподвижной части – катушки). Чаще всего конструкция двигателя представляет собой две катушки. Статор обложен обмоткой, по которой, собственно, и течет ток. Ток порождает магнитное поле, которое воздействует на другую катушку. В ней, по причине ЭМИ, так же образуется ток, который порождает магнитное поле, действующее на первую катушку. И так все повторяется по замкнутому циклу. В итоге, взаимодействие полей ротора и статора создает вращающий момент, приводящий в движение ротор двигателя. Таким образом, происходит трансформация электрической энергии в механическую, которую можно использовать в различных приборах, механизмах и даже в автомобилях.

Вращающееся магнитное поле

Вращение электромотора

Принцип работы

В трехфазной индукционной машине переменный ток, подаваемый на обмотки статора, возбуждает его, создавая вращающийся магнитный поток. Поток создает магнитное поле в воздушном зазоре между статором и ротором и индуцирует напряжение, которое создает ток через стержни ротора. Цепь ротора закорочена, и в проводниках ротора течет ток. Действие вращающегося потока и тока создает силу, которая создает крутящий момент для запуска двигателя.

Ротор генератора переменного тока состоит из проволочной катушки, обернутой вокруг железного сердечника. Магнитный компонент ротора изготовлен из листовой стали, что помогает штамповать прорези для проводов до определенных форм и размеров. Когда токи проходят через проволочную катушку, вокруг сердечника создается магнитное поле, которое называется током поля. Сила тока поля контролирует уровень мощности магнитного поля. Постоянный ток (DC) управляет током возбуждения в одном направлении и подается на катушку с проволокой с помощью набора щеток и контактных колец. Как и у любого магнита, создаваемое магнитное поле имеет северный и южный полюсы. Нормальным направлением вращения двигателя по часовой стрелке, приводимого в действие ротором, можно управлять с помощью магнитов и магнитных полей, установленных в конструкции ротора, что позволяет двигателю вращаться в обратном направлении или против часовой стрелки .

Особенности установки

Использование дизельного генератора

Потенциальный владелец генератора переменного тока перед приобретением должен озаботиться подготовкой места для его установки. Независимо от того, где будет установлен такой агрегат, в помещении или на свежем воздухе, для него понадобится ровная и твердая площадка. Установка электрогенератора на неровной площадке приведет к увеличению вибрации, что ускорит износ деталей и может спровоцировать выход дорогостоящего устройства из строя.

Устанавливая генератор в помещении, важно предусмотреть наличие вытяжной вентиляции. Кроме того, во время работы агрегата рекомендуется оставлять дверь помещения открытой, что в свою очередь потребует установить в дверном проеме решетку, перекрывающую посторонним, а главное детям, доступ в опасную зону.

Соединяют электрогенератор с электросетью в строгом соответствии с требованиями, изложенными в инструкции по эксплуатации. При этом электрический кабель необходимо подключить после вводного автомата и электросчетчика.

Гидроэлектростанции-гиганты

Одна из самых мощных в мире гидроэлектростанций была построена в Китае на реке Янцзы и получила название «Три ущелья». Ее бетонная плотина имеет длину 2309 м и высоту 185 м. Общая мощность электрогенераторов станции составляет почти 23 МВт (1 МВт = 1 млн Вт). За год они вырабатывают около 100 млрд кВт/ч электроэнергии.

Лишь немногим меньше электроэнергии вырабатывает гидроэлектростанция «Итайпу», расположенная на реке Парана (на границе Бразилии и Парагвая), которая имеет самую большую плотину. Высота этого гигантского сооружения достигает 196 м, а длина — 7235 м.