В чем особенность двухфазной синхронной машины н. теслы?

Обновлено: 19.05.2024

В 1931 году Никола Тесла продемонстрировал действующий прототип электромобиля, движущегося без каких-либо традиционных источников тока.

При поддержке компаний General Electric и Pierce-Arrow, он заменил традиционный двигатель сгорания у предоставленного ему нового автомобиля Pierce-Arrow на электродвигатель (80 л.с., 1800 об./мин). Из радиодеталей, купленных в обыкновенном магазине, Тесла собрал устройство размером 60x30x15 см, из которого торчали два стержня. Присоединив провода, идущие от устройства к контактам электродвигателя, Никола Тесла сел в автомобиль и поехал.

Устройство, питающее двигатель автомобиля не могут воспроизвести даже в наше время.

С точки зрения инженера установка двигателя переменного тока на электромобиль требует серьёзного элемента именуемым контроллер. Что ж попробуем подойти с инженерной точки зрения. Соотношение л/с к квт 1 л/с = 0,78 электрических киловатт. 80 л/с = 58,8 кВт

Найдем хотя бы примерную аналогию Китайцы такие предлагают.

Контроллер для такого мотора это сложный прибор силовой коммутации на полупроводниках. и показатели напряжения и токов для такой мощности впечатляют.

Управление асинхронным мотором в режиме управления автотранспортного средства весьма сложная инженерная задача, при том это решение стало возможно с введением полупроводников, которые заменили повсеместно применяемые электромашинные преобразователи Умформеры — одноякорные преобразователи постоянного тока низкого напряжения в постоянный ток повышенного напряжения, используемые в основном для питания анодных.

Думаю инженер, сразу такие небылицы про 80 л.с. и мотор переменного тока который так запросто можно водрузить вместо ДВС отбросит.

Немножко отвлечемся. Есть история, что после второй мировой войны два американских солдата, контрабандой вывезли в США прибор по конструктиву напоминающий умформер, который они нашли в подвале немецкого дома и он там использовался как аварийное освещение без батареи на самовращении выдавая напряжение и ток для электрической лампочки. С данной конструкцией ознакомился и Джон Бедини. По слухам именно это знакомство определило радиоинженера с хорошим производством аудиосистем заняться устройствами Свободной Энергии.

История моя. После средней школы в 1982 году, я перед призывом в СА год работал в электроцеху автотранспортного предприятия. У нас в цеху был ветеран ВОВ, местный кулибин. Он рассказывал что уже в конце войны, после капитуляции Гитлеровской Германии, в Австрии они пленили разведгруппу Абвера. У них была радиостанция с умформером который запускался от тросика и без батареи питал радиостанцию. Конечно в данный рассказ ни кто не верил и слегка над ним посмеивались, списывая на странности старика. Он чего-то мастерил. Это сейчас я могу понять что же пытался построить этот ветеран.

Вторая история не моя, о том как один инженер электрик в 1945 году принимал участие в перегоне из подземного дока на балтике, для погрузки на корабль, одноместную электрическую боевую подводную лодку. И уверял, что электромотор получал электрический ток от генератора, который самовращался. Интересные такие три эпизода из прошлого немецкой научно-технической мысли.

Мы можем верить или не верить в данные истории, но они существуют.

И так возвращаемся к Николе Тесла. В конце 19 века в Американском институте инженеров-электриков при Колумбийском колледже, 20 мая, 1891 год., демонстрировал электромашинный одноякорный преобразователь (мотор-динамо) с впечатляющими показателями работы.

Тесла очень хорошо знал эти устройства и имеет хороший портфель патентов на данные устройства

Посмотрим еще на один пример. В конце 19 века и начале двадцатого в США имело большое распространение именно электромобили.

Для примера Патент US1423090 на электромобиль 1922 года США. Как инженерное решение изящное и сбалансированное. Сердцем электромобиля был коллекторный мотор постоянного тока, которым управляли через резистивный контроллер (применялись на электротранспорте вплоть до появления полупроводниковых устройств). Даже было рекуперационное торможение.

Предположим, что Никола Тесла на электромобиле взамен мотора постоянного тока, устанавливает свой мотор-динамо и получает управляемый момент силы на валу и переменный ток на съемных кольцах.

электромобили времен Тесла

Ему не хватает сущего пустяка, выпрямляющего зарядного устройства. Который он мог собрать по принципу однопериодного регулятора. на основе вентилей Флеминга и принципа магнитного усилителя

Вот тут уже становится вполне реальная и возможная картина. Зачем Тесла это делал и зачем это уничтожил, мы не знаем. Предположим ему нужны были деньги для своих исследований. И он их быстро нашел у нефтяного подымающегося лобби.

Теперь продолжение истории:

В октябре 1975 года изобретатель из Калифорнии, Роберт Александер, представил публике усовершенствованный привод для автомобиля. По мысли изобретателя, этот электрический привод должен был в ближайшем будущем избавить владельцев автомобилей от необходимости использовать сжигаемое топливо, от лишнего шума, и от потребности в постоянной подзарядке аккумуляторов.

Электромотор был переделан так, чтобы на его выходе получалось 12 вольт, иначе выходная мощность оказалась бы слишком большой . Сыновья Роберта и его партнер Джеймс Смит за 45 дней переделали автомобиль, чтобы продемонстрировать возможность езды без топлива и без загрязнения окружающей среды.

На демонстрацию была приглашена пресса, а позже (когда патент US3913004 был уже получен) одному из журналистов поведали детали проекта: вращение электродвигателя начинается от батареи, гидравлическая и воздушная системы автомобиля приходят в действие, при этом батарея успевает перезаряжаться от генератора. На эту переделку Александер потратил всего 500 долларов.

В основе конструкции — трансформатор (преобразующее устройство), который является одновременно ротором генератора (пересекается магнитным потоком). Выход переменного тока в результате является продуктом двух электромагнитных действий. Напомним, что скорость изменения ускорения — третья производная координаты — это рывок.

Ротор представляет собой сердечник трансформатора, и имеет на себе группы парных обмоток. В каждой секции ротора по две обмотки, одна из которых работает как первичная обмотка трансформатора и как моторная обмотка, а вторая — как вторичная обмотка трансформатора и как генераторная обмотка. При этом на статоре расположены только постоянные магниты.

В работе генератора используются известные технологии управления и взаимодействия с магнитным полем. Трансформируемая и генерируемая мощности синхронно сочетаются, что и приводит к увеличению выходной мощности.

Первичные обмотки содержат меньшее количество витков чем вторичные обмотки, в которых при пересечении силовых магнитных линий наводится большая ЭДС, чем у источника постоянного тока (которым выступает батарея). Магнитное поле статора пересекает ротор, и мотивирует его к движению, при этом генерирует во вторичных обмотках энергию.

Выход переменного тока во вторичных обмотках является по своей сути синхронизированной функцией трансформируемой энергии из первичных обмоток, объединенных в общих пазах ротора со вторичными обмотками, и генерируемой энергии. В итоге сила тока и напряжение на выходе соответственно увеличиваются.

В одной из изготовленных авторами установок, имеющей четыре коллекторные щетки и 20 ламелей, и содержащей 20 секторов на роторе, первичные обмотки состояли из нескольких витков проводника, чтобы эффективно проводиться во вращение от 48 вольт постоянного тока при 25 амперах, то есть 1200 Ватт было необходимо для вращения с частотой 1750 оборотов в минуту.

В то же самое время вторичные обмотки состояли из такого числа витков, чтобы эффективно получать на выходе 60 циклов в секунду (путем трансформации и генерирования) при напряжении в 110 вольт и с током в 32 ампера, то есть на выходе можно было получать 3520 Ватт.

Достаточно только посмотреть на два рисунка и иллюзии улетучатся.

Эта идея способна бросить вызов тому транспорту, который мы знаем сегодня.

Установленный электромотор производит свыше 130 лошадиных сил при 5500 об/мин. В этой машине предусмотрена трехскоростная автоматическая коробка передач, которая работает плавно и при этом является абсолютно бесшумной. Для быстрого безотказного торможения машина оснащена четырьмя тормозящими колесными дисками. Для крыловидных дверей с противовесом требуется клиренс всего в 14 дюймов. Поднимающийся спортивный люк динамически сконструирован таким образом, что эффект торможения практически исключен. Из всех этих составляющих наряду с использованием безупречного стального корпуса получается великолепная машина.

Благодаря контрольному центру блока питания делается все необходимое для того, чтобы батареи оставались заряженными во время работы машины независимо от скорости или степени разреженности блока питания. Ваша энергосистема будет заряжена в течение всего времени, пока вы ее используете. Нужно просто сесть в машину, завести ее и ехать как на любой другой.

DeLorean 1981 года был преобразован в электрический автомобиль Тилли. Переделка машины началась в конце июня 2002 года. Работа над металлическим агрегатом, а именно: разработка поддержки электрического мотора, установка блока питания, центра контроля и устройства TEV, — была закончена в июле 2002 года. Для того, чтобы убедиться в действенности технологии TEV, было проведено несколько тестов. Один из последних тестов был сделан 7 сентября 2002 года. В результате, после того как машина проехала 17,3 миль по сверхскоростному шоссе со скоростью от 80 до 90 миль в час, независимым экспертом было подтверждено, что батареи остались полностью заряженными.

28 марта 2003 года, в штате Теннеси, США, 20 вооруженных людей конфисковали все устройства, документы и арестовали банковские счета компании Tilly Foundation, Inc. До сих пор они ничего не вернули не возместили издержки, произнес Карл Тилли, президент и обладатель компании. Для того чтоб защитить технологию, всего через недельку после чего действия он уже начал строить другой электрический кар и два источника мощности для особняков. Сейчас это происходит в другом штате. Новейший электрический кар был протестирован несколькими инженерами, и был получен положительный итог.

Не слишком ли много совпадений, для одного электромеханического преобразователя?

Как видим конструкция во всех устройствах общая. Я же не искал решения именно этих задач, я отрабатывал свою итогом, которой стал конструкция Ротовертера РАГЕН. Все эти устройства можно назвать одним термином ТРАНСГЕНЕРАТОРЫ. Раген это концепция вывернутой наизнанку коллекторной машины, без нарушения принципа действия по сути как коллекторный мотор постоянного тока и бесколлекторный мотор постоянного тока. Только мне для решения понадобились два обособленных статора и один общий магнитный ротор.

Синхронная машина представляет собой электрическую машину , которая:

Резюме

Изобретение

Общие принципы

Синхронная машина состоит из вращающейся части - ротора и неподвижной части - статора . Ротор может состоять из постоянных магнитов или состоять из обмотки, питаемой постоянным током, и магнитопровода ( электромагнита ).

Невозможно правильно запустить синхронную машину без внешней помощи, подключив ее обмотки статора непосредственно к сети переменного тока. Но если ротор не приводится в движение внешней силой, его можно заставить вращаться, подавая на его обмотки статора переменный ток, частота которого постепенно увеличивается от нуля до частоты синхронизма, и обеспечивая, чтобы напряжение на обмотках было равным. пропорционально частоте. Его скорость синхронизма будет напрямую зависеть от частоты источника питания.

Другой способ заключается в достижении самоконтроля машины, то есть сказать , чтобы поддерживать ортогональность из за ротора магнитного потока по отношению к потоку статора, например, путем размещения на своей оси датчик , который обеспечивает информацию о положении ротора. Эта информация обрабатывается электронным преобразователем, который подает ток статора в машину в фазе с его противоэлектродвижущей силой .

Трехфазная синхронная машина

Уравнение

Используемый метод

Обозначения

Все параметры статора обозначаются индексом _S или индексами в верхнем регистре.
Все количества ротора обозначаются индексом _r или индексами в нижнем регистре.

Угол соответствует угловому смещению между статором и ротором. θ ( т ) знак равно Ω м . т .t \,>

L S ; L р ; L_ \,> : Удельные индуктивности обмотки статора; обмотка ротора.
M S \,> : Взаимная индуктивность между двумя обмотками статора.
M р S \,> : Максимальное значение взаимной индуктивности между обмоткой ротора и одним из статора (соответствует положению, для которого θ = 0 ± 2π / 3).

Гипотеза

Уравнение действует только для машины с гладкими полюсами и чьи магнитной цепью является ненасыщенным. Для других машин будут внесены исправления, позволяющие (с большей или меньшей точностью) учесть их сложность.

В качестве продолжения рассматривается машина, для которой:

Его магнитопровод однородный (постоянный воздушный зазор) и ненасыщенный. Следовательно, различные индуктивности постоянны (постоянный воздушный зазор).
Токи трех фаз статора имеют одинаковое действующее значение I _S (машину можно сравнить с идеально сбалансированным трехфазным приемником ).
Имеет единственную пару полюсов (биполярная машина). Многополюсные машины превращаются в биполярные за счет угловой трансформации.

На статоре

Мы фиксируем начало отсчета времени, чтобы мы могли написать:

Выведем токи двух других фаз статора:

К ротору

В роторе есть только постоянный ток I _r, питающий обмотку ротора через скользящий контакт на двух контактных кольцах.
В случае синхронного двигателя скольжения нет, только небольшой угол сдвига фаз.

Потоки

Поток через обмотку статора

Φ В знак равно L S я В + M S я B + M S я ПРОТИВ + M р S потому что ⁡ θ ⋅ я р , i_ + M_ i_ + M_ i_ + M_ \ cos \ theta \ cdot I_ ,>

Тогда выражение потока становится

выражение комплексного числа, представляющего поток, имеет вид

Строго говоря, такая замена действительна только в установившемся режиме: никаких изменений нагрузки или источника питания. Это необходимое условие для утверждения, что частота вращения в точности равна частоте источника питания.

Поток через обмотку ротора

Поток, проходящий через ротор, является результатом двух магнитных полей:

Вращающееся поле, создаваемое обмотками статора;
Чистое поле, создаваемое обмоткой ротора, которая является постоянной (постоянный ток), но вращается механически с той же скоростью, что и предыдущая (синхронная машина). С тем же ограничением, что и в предыдущем абзаце: никаких изменений нагрузки или источника питания.

Напряженность

Напряжение на фазе статора

Мы ставим напряжение холостого хода, то есть напряжение, когда (напряжение, создаваемое только полем ротора) E в v > я _ В знак равно 0 > _ = 0>

Моделирование

Существует несколько эквивалентных моделей синхронной машины в зависимости от количества учитываемых параметров.

Эквивалентная модель Бена-Эшенбурга

Модель Бена Эшенбурга применима только в том случае, если машина ненасыщенная и гладкая. Он самый простой, он не учитывает насыщение или изменение воздушного зазора. Он заключается в замене каждой фазы машины набором из трех последовательно соединенных диполей, так что напряжение на этом диполе равно:

Эта модель хорошо подходит для больших турбогенераторов большой мощности. Мы все еще можем упростить модель (и расчеты , которые являются результатом этого), пренебрегая в передней . р S \,> Икс S \,>

Эквивалентная модель Потье

Эта модель более полная, чем у Бен-Эшенбурга. Он учитывает насыщение путем изменения тока возбуждения в зависимости от тока, протекающего через катушки статора. Эта модификация тока возбудителя вызывает изменение ЭДС.

В этой модели у нас есть:

Модель Блонделя с двумя сопротивлениями

Это позволяет учесть угловые вариации сопротивления синхронных машин с выступающими полюсами.

Статическая стабильность

Стабильность в динамическом режиме электрической сети - это ее способность избежать любого расходящегося колебательного режима и вернуться в приемлемое стабильное состояние. Это включает возможное вмешательство различных защит и автоматов в зависимости от предполагаемых нарушений.

Активная мощность, отдаваемая синхронной машиной на ее выводы, равна:

п в против т я v е знак равно U б о р нет е s * я * потому что ⁡ ϕ знак равно E ⋅ U б о р нет е s Икс грамм е нет е р в т е ты р ⋅ грех ⁡ δ = U_ * I * \ cos = <\ frac >> \ cdot \ sin >

С обозначениями в диаграмме напротив, то есть Е электродвижущее напряжение генератора , его импеданс, I ток, напряжение на его выводах, на фазовый сдвиг между током и напряжением и внутренним углом генератора, в других обозначает угол между _{границами} U и E. Икс грамм е нет е р в т е ты р > U б о р нет е s > ϕ δ

Возможны два внутренних угла, когда мощность, отдаваемая генератором, равна механической мощности, подаваемой на него.

Зеленые стрелки указывают направление внутреннего угла в различных зонах. Мы ясно видим, что точка A стабильна, а точка B - нет.

Этот генератор получает механическую энергию, обычно от турбины , обозначенную Pm. В состоянии равновесия входящая механическая мощность равна исходящей электрической мощности. Потери здесь не учитываются. Для этого равновесия возможны два внутренних угла (см. Изображение).

Внутренний угол генератора определяется следующим уравнением:

Где - механическая скорость ротора, J - момент инерции ротора, p - число полюсов генератора и Pe - электрическая мощность. Согласно этому уравнению, если механическая мощность больше, чем потребляемая электрическая мощность, то внутренний угол увеличивается, и наоборот. Мы выводим из него диаграмму, противоположную направлению, которое принимает внутренний угол в случае небольшого изменения вокруг точки равновесия. ω м >

Выбирать тип двигателя приходится не только покупателем машин с ДВС: бензин, дизель или гибрид? В мире электромобилей тоже нет единообразия

Можно ли буксировать электромобили? Зависит от типа двигателя. Да, бывают разные. Если вы только собираетесь покупать электрокар, то знайте: до полной разрядки его лучше не доводить. И вот почему

Автомобили с двигателями внутреннего сгорания допускают буксировку. Если у вас механическая коробка передач, то это самое простое дело: ставите нейтраль в коробке передач или выжимаете сцепление – и ваш мотор оказывается физически отключен от колес, а машина превращается в обычную телегу: тяни не хочу.

С автоматами чуть сложнее, в них полного разрыва связи между колесами и мотором не предусмотрено. Но и они в режиме N позволяют буксировать машину на короткие расстояния и с невысокой скоростью.

Однако в инструкциях к электромобилям вы прочтете, что буксировка или не допускается вовсе, или, как в случае с современными моделями Tesla, допускается со скоростью не более 5 км/ч на расстояние не более 10 метров: иными словами, вы в праве только оттолкать сломанную машину на обочину.

А может ли быть иначе? Да, старые модели Tesla такое позволяли. Как и GM EV1 – легенда электрокаров 90-х годов прошлого века. Так в чем же дело? В типе электрических двигателей. Или, если уж говорить совсем правильно, электрических машин, так как в электромобилях эти устройства служат не только двигателями, но и генераторами. И на современных типах электрокаров встречается три типа таких устройств. Но для начала немного истории.

Майкл Фарадей. Начало движения

В 1821 году британский ученый Майкл Фарадей в своей статье впервые описал основные принципы преобразования электроэнергии в движение. Фарадей уже знал, что электрический ток, проходя через проволоку, создает магнитное поле. Закрученный в катушку, такой провод становится электромагнитом.

Он также знал, что противоположные полюса магнитов притягиваются, а одинаковые – отталкиваются. В электромагнитах же полярность зависит от направления движения тока, то есть ее можно быстро менять. И вот что придумал Фарадей. Берем магнит, который движется к другому. В последний момент полярность меняется, но рядом расположен третий магнит, к которому можно тянуться. Затем четвертый, пятый. Эти разнополярные магниты выстроены в линию. И если ее закольцевать, движение будет идти по кругу до тех пор, пока сквозь электромагниты идет ток и пока его направление не перестает меняться.

Чтобы понять, как это действует, представьте, что у вас в руках два школьных магнита в форме подковы или буквы U – помните, были такие. Если их повернуть друг к другу взаимоотталкивающимися полюсами, то они будут стремиться сделать полуоборот, чтобы снова друг к другу притянуться. А теперь представьте, что их полюса постоянно меняются местами: тогда они станут вертеться друг относительно друга. Это и есть электродвигатель.

Так впервые был описан принцип действия всех электромоторов в целом и самого древнего в частности: того, который работает от постоянного тока и использует с одной стороны постоянные магниты из намагниченного сплава, а с другой – переменные электромагниты. Это наш первый герой: мотор-генератор постоянного тока на перманентных магнитах.

Никола Тесла и война токов

Изобретения Фарадея были развиты его полседователями, в частности изобретателем электрической лампочки Томасом Эдисоном. Эдисон усовершенствовал генераторы постоянного тока и стал пионером в электрификации Нью-Йорка. В 1884 году на пороге его кабинета появился молодой сербский инженер. Звали иммигранта Никола Тесла.

Тесла предложил улучшить конструкцию Эдисона и попросил за работу 50 тысяч долларов – баснословная в те времена сумма. По легенде Эдисон согласился, но когда Тесла действительно существенно улучшил существующую модель, любимец Америки просто кинул безвестного сербского эмигранта.

Как устроены батареи электромобилей:

Генераторы Эдисона вырабатывали электричество с напряжением, близким к потребительскому: 100-200 вольт. Это удобно для домов, но его сложно передавать на большие расстояния из-за сопротивления проводов. Тут было два решения: увеличивать диаметр кабелей или повышать напряжение. Первый вариант позволял делать линии длинной 1,5 километра. Да, совсем немного. Второй вариант был невозможен из-за отсутствия в те годы эффективных способов повышения напряжения постоянного тока.

Однако еще в 1876 году русский ученый Павел Яблочков изобрел трансформатор, меняющий напряжение переменного тока. Подача энергии на большие расстояния перестала быть проблемой.

Но была другая проблема. Лампочкам Эдисона все равно от какого тока питаться: постоянного или переменного. А вот с электродвигателями сложнее: они в те годы требовали только постоянного. В 1888 году Тесла запатентовал в США асинхронный электрический двигатель переменного тока. Он же изобрел и синхронный генератор, впоследствии использованный и как двигатель. Это второй и третий герои нашей статьи.

Так поговорим же о них поподробнее

Двигатель постоянного тока на перманентных магнитах

Если в детстве вам доводилось разбирать игрушечные электрические машинки, то вы должны помнить устройство их простейших двигателей. Для остальных напомним. Все применяемые в электромобилях моторы состоят из двух частей: неподвижного статора и вращающегося ротора.

В игрушечных машинах на статоре стоят постоянные магниты, а на роторе – электрические переменные. При вращении на них через специальные щетки подается постоянный ток от батареек, и их последовательное включение и обеспечивает движение.

Похожая конструкция встречается практически у всех электромобилей. С одним отличием: на роторе там стоят постоянные магниты, а на статоре, напротив, электрические и переменные. Так в том числе можно избавиться от щеток: одного из немногих элементов электродвигателя, который подвержен износу.

Преимущество моторов на постоянных машинах в том, что они легкие, компактные, мощные, эффективные, работают от вырабатываемого аккумуляторами постоянного тока… так, стоп! А какие недостатки?

Недостаток прост. Таким моторам не хватает тяги. Так перейдем же к асинхронным инверсионным моторам переменного тока.

Tesla: не жалейте заварки

Эти двое придумали немыслимое. Создать не тихоходный, эффективный и относительно дешевый электрокар, а дорогой, быстрый и клевый. Маск же первым идею оценил и быстро прибрал ее к рукам.

Благодаря мощному асинхронному мотору электрокары Tesla с самого начала были очень динамичным, что стало ключевой причиной роста их популярности. В таком моторе переменный ток в обмотке статора создает вращающееся магнитное поле. Оно вызывает индукцию в роторе, заставляя его вращаться чуть медленнее, чем вращение самого поля – поэтому двигатель и называется асинхронным. Если скорости вращения синхронизируются, поле перестает создавать в роторе индукцию, и он начинает замедляться, рассинхронизируясь обратно. Важно заметить, что собственно на ротор никакого электричества напрямую не подается.

Renault: французы такие выдумщики

Итак, есть еще третий тип электрического двигателя, который встречается в современных электромобилях: синхронный на электромагнитах. Он похож по устройству на двигатели с постоянными магнитами на роторе, только эти магниты – электрические. На них подается постоянный ток, так что полярность магнитов ротора остается неизменной. А вот полярность магнитов статора, напротив, меняется, что и обеспечивает вращение.

Такие синхронные моторы на электромагнитах славятся своей способностью обеспечивать стабильность оборотов и ставятся, обычно, на всякие установки вроде насосов. А еще… на электрокар Renault Zoe. Зачем? Честно сказать, найти быстрый ответ на этот вопрос не получилось. Можем лишь предположить, что это связано с лучшей способностью такого двигателя служить генератором, рекуперируя энергию торможения. Мотор на Zoe не самый мощный, а мощным генератором он быть обязан.

Так что же лучше? Большинство автоконцернов выбирает моторы на постоянных магнитах: они эффективнее. Tesla в первые годы настаивала на асинхронных моторах. Но потом… сделала ставку на двух моторную полнопривродную схему, в которой асинхронный мотор обеспечивает динамику, а двигатель на постоянных магнитах гарантирует низкий расход энергии при небольших нагрузках. И только Renault… ну вы поняли.

А теперь о том, что ждет нас дальше. При буксировке даже обесточенный двигатель на постоянных магнитах тут же начинает работать как генератор, что чревато перегревом и возгоранием энергосистемы электромобиля. В синхронных моторах Renault оставшейся магнетизм в роторе также способен вызвать индукцию в катушках статора, ну и пошло поехало – генерация тока, перегрев, пожар.

И только асинхронные двигатели, когда их статоры не под напряжением, не являются генераторами: их можно буксировать.

Электромотор был переделан так, чтобы на его выходе получалось 12 вольт, иначе выходная мощность оказалась бы слишком большой. Сыновья Роберта и его партнер Джеймс Смит за 45 дней переделали автомобиль, чтобы продемонстрировать возможность езды без топлива и без загрязнения окружающей среды.

AC-DC / DC-DC МОТОР-ДИНАМОМАШИНА Н.Теслы

Никола Тесла, человек и гений, которого финансовый истеблишмент во всем мире считал вышедшим из обращения , уже в 1890 году смог распределить эфирную лучистую электрическую энергию, к ужасу своих противников. Он передавал энергию воздушными и наземными волнами на здание в 26 милях отсюда , где простой приемник энергии был настроен на мощные эфирные пульсации радиостанции, зажигая далекие огни и приводя в действие приборы, моторы которых не требовали подключения проводов.
Уже в начале 1890-х годов Тесла, изобретатель поколения переменного тока, повернулся спиной к переменному току, так как он обнаружил, что излучающая электрическая сила постоянного тока с длительностью импульса менее 100 микросекунд не может быть воспринята и будет без физиологического вреда для передачи энергии, но будет проникать через всю материю.
В аппарате Тесла применялся и метод получения высоких потенциалов / высоких частот и больших токов, где в основном работают два или три двигателя-генератора. Основным устройством был двигатель переменного тока на постоянном Магните с увеличенным выходом постоянного тока, к которому он добавил еще несколько динамомашин двигателя чтобы поднять частоту и давление еще выше.
Лучистая эфирная энергия основана на очень высокой "частоте" постоянного тока, то есть серии чрезвычайно быстрых однонаправленных импульсов в секунду, которые Никола Тесла произвел с группой своих разработанных двигателей постоянного тока-динамомашин с двумя коммутаторами, см. Рисунок 18 ниже. Кстати, его первая динамомашина переменного тока, которую он спроектировал, имела две якорные обмотки под углом 90 ° и скользящие кольца на одном валу с каждой стороны якоря.
Двигатель динамомашины был рассчитан на два коллектора или скользящие кольца содна обмотка для входа двигателя / acton, в то время как другая обмотка на том же якоре была выходом динамо-машины в том же вращении. Это звучит знакомо? Если вы задумаетесь об этом на секунду, то очень быстро поймете, почему об этих мотогенераторах до сих пор ничего не слышно. Сторона генератора двигателя была обмотана обмотками с интервалом 90 ° вокруг якоря, пропуская каждую другую щель, которая использовалась для стороны генератора. Он должен был использовать по крайней мере 36 пазов/зубьев на якоре. Чем ближе сегменты коммутатора или чем больше сегментов, тем короче длительность импульса .

Как насчет генератора переменного тока с полевым кольцом из 384 полюсных выступов и дисковым якорем с катушками, намотанными в один слой, которые соединяются различными способами в соответствии с требованиями подачи синусоидальных токов от 10 000 до 20 000 циклов в секунду с способной мощностью 10 кВт, которая была Нанятый компанией Тесла в своих первых демонстрациях высокочастотных явлений перед Американским Институтом инженеров-электриков в Колумбийском колледже, 20 мая 1891 года.

Тесла также использовал скользящие кольца для переменного тока на стороне генератора для преобразования постоянного тока в переменный для высокочастотных применений.

Давайте сравним рисунки этих двух машин:

Лично я не увидел принципиальной разницы. Разница в размещении рамок у Теслы под углом 90 0 , а у Александера рамки налагаются друг на друга. Но в любом случае это чистейшая взаимоиндукция, механический электротрансформатор, к примеру идентичная конструкция электромеханического преобразователя Умформер.

Умформер (с немецкого - преобразователь) представляет собой комбинацию в одной машине электродвигателя низкого напряжения и генератора постоянного тока высокого напряжения. В одних и тех же пазах якоря преобразователя раздельно заложены обмотки низкого и высокого напряжений, подведенные соответственно к коллекторам низкого и высокого напряжений. Магнитная система машины общая и имеет смешанное или параллельное возбуждение. При подаче напряжения U ₁ с первичной стороны умформера машина приходит во вращение как обычный двигатель постоянного тока. На вторичных зажимах умформера возникает ЭДС Е ₂ , индуцируемая в высоковольтной обмотке якоря:

(1)

где р— число пар полюсов;

п — частота вращения якоря, об/мин;

N₂ — число активных проводников обмотки высоковольтного якоря;

Ф_а — общий магнитный поток преобразователя, Вб;

а₂ — число пар параллельных ветвей высоковольтной обмотки якоря.

В умформерах магнитный поток Фа мало изменяется с изменением нагрузки. Это объясняется тем, что реакция якоря здесь весьма незначительна и почти не сказывается на рабочем процессе преобразования. В обмотке высокого напряжения ЭДС Е₂ и ток I₂ имеют одинаковые направления, а в обмотке низкого напряжения ЭДС E₁ и ток I₁ — разные направления. Таким образом, токи в обмотках якоря преобразователя имеют различные направления, вследствие чего поля реакции якоря, создаваемые этими токами, почти нейтрализуются, и основной магнитный поток Ф а остается величиной практически постоянной.

Существенными недостатками умформеров является низкий КПД (30—50%), большие масса и габариты, сравнительно малые срок службы и надежность.

Эта идея способна бросить вызов тому транспорту, который мы знаем сегодня.

Академическая физика ни как не объяснят как принимает участие магнитное поле якоря в преобразовании (объяснение выше не выдерживает критики, так как это объяснение работы трансформатора, но магнитный поток в сердечнике трансформатора не убывает при формировании тока во вторичном контуре). Почему нет реакции ротора в умформере? Встречные токи в обмотках первичного и вторичного контура есть, только как в трансформаторе или наложении рамок (рисунок Александера). Умформер работает как мотор постоянного тока, на валу нет нагрузки от обратного момента. А переключение в обмотках мотора формирует переменный ток в первичном контуре Взаимоиндукция не может быть больше единицы в априори. Возникает вопрос, а кто пробовал умформер подключить как электромотор для формирования момента на валу? К примеру мы можем увидеть обороты якоря умформера в данном ролике. Как вариант использование конструкции мотора постоянного тока с размещенной на якоре вторичной обмоткой к обмотке возбуждения мотора. Какую то часть в таком варианте можно будет рекуперировать но это не тот эпизод который обозначен в объяснении конструкции Роберта Александера. А вот факт демонстрации имел место. Вопрос - не мог или не хотел объяснить особенности конструкции остался за кадром.

Сегодня я могу сказать очень точно, как был устроен принцип его конструкции. Я бы назвал данный тип преобразования не трансформаторный, а трансформаторно - генераторный , при этом электрический контур мотора это первичная обмотка трансформатора. У вас возникнет вопрос но тогда должен появиться обратный момент генератора? Но почему вы так уверены в этом. С моими доводами можете ознакомиться в мое работе Ротовертер РАГЕН.

для примера реальный расчет маленькой конструкции размером как небольшой электродвигатель, радиального исполнения из двух статоров электродвигателя электродвигателя переменного тока 127В/34Вт, в котором статорное железо имеет 18 пазов.

Мощность возбуждения 3,57 Вт выходная мощность одной фазы 100 Вт, при прямом линейном преобразовании СОР=56. Разница от конструкций Тесла, Александера и возможно Стовбуненко, модуль мотор-генератор перенесен в статор а ротор имеет постоянные магниты.

Асинхронные двигатели широко применяются в современной энергетике. Они делятся на несколько шаговых вариантов по числу фаз — от одного до пяти. В этой статье мы расскажем, в каких системах применяются двухфазные моторы, в чём их отличие от других и какой принцип работы за всем этим стоит.

Электромотор стал настоящей революцией в энергетике. Однако, несмотря на то, что эта технология сравнительно молодая, сегодня в сфере присутствует множество разновидностей электродвигателей, которые используются повсеместно — от тяжёлой промышленности до частного использования. Однако наиболее популярным и распространённым типом были и являются асинхронные двигатели. Сочетая высокую мощность, КПД и эффективность, они широко применяются в различных сферах промышленности — дерево- и металлообработке, в качестве насосов, на крупных фабриках и станках. Поэтому важно понимать, как устроен асинхронный двигатель, какие у него бывают фазы и двухфазный шаговый вариант будет отличаться от одно- и трехфазного.

Что представляет собой асинхронный двигатель

Асинхронным двигателем называется электрическая машина, способная переводить электрическую энергию в механическую. Получая электроток, она приходит в движение, которое используют непосредственно агрегаты — станки, автомобили и прочее. Асинхронным же двигатель называется, поскольку его магнитное поле всегда вращается быстрее, чем ротор. Для функционирования такого типа электродвигателя используется переменный ток.

Таким образом асинхронный двигатель состоит из двух основных узлов — ротора и статора. Будучи отделёнными друг от друга, они формируют магнитное поле между собой, которое и приходит в движение.

Статор в свою очередь состоит из:

корпуса, скрепляющего все механизмы мотора. Как правило, они цельнолитые благодаря простоте изготовления и прочности;
сердечника, состоящего из пластин из электрической стали. Он увеличивает магнитные и индукционные свойства аппарата;
обмотки, устанавливается в пазы сердечника. Это катушки из медной проволоки, которая подключается непосредственно к самой сети.

Ротор устроен немного проще и имеет вентиляционную крыльчатку, которая передаёт механическую энергию от статора. Существует два вида роторов:

массивный — использует цельную схему и ферромагнитного соединения;
короткозамкнутый — на основе колец проводников.

Несмотря на различия в структуре, работают такие асинхронные двигатели по одному принципу.

Принцип работы

Располагая обмотки и напряжение в 220 Вольт, двигатель создаёт вращающееся магнитное поле. Выступая движущей силой, оно разгоняет ротор, который, в свою очередь, превращает электрическую энергию в механическую и вращает механизм.

Двухфазный отличается от остальных соответствующими обмотками. Важно, чтобы обе фазы были расположения под прямым углом друг относительно друга. Таким образом удаётся создать устойчивое вращающееся магнитное поле при помощи идущих токов по принципу, аналогичному трёхфазному варианту.

В движение двигатель приходит благодаря постоянным токам, которые появляются в момент взаимодействия результирующего поля с роторными стержнями. Это сочетание позволяет быстро достичь предельной скорости вращения, что обеспечивает эффективность и скорость работы. Однако стоит учитывать, что такой двигатель питается только при наличии сдвига по фазе для одной из обмоток. Поэтому частью двухфазной машины неизменно выступают соответствующие конденсаторы.

Сегодня двухфазные двигатели пережили ряд усовершенствований и модернизаций. Самой популярной модификацией являются моторы с полым алюминиевым ротором. Используя вихревые токи в цилиндрах, он быстро разгоняется до предельных скоростей, обеспечивая высокий КПД.

Преимущества и недостатки двухфазного двигателя

Среди преимуществ двухфазного двигателя стоит выделить:

простоту конструкции. За счёт малого числа элементов асинхронные двухфазные двигатели снижают стоимость при сборке. Поэтому в сравнении с двигателями аналогичной мощности они будут значительно дешевле. Также отсутствие сложных элементов увеличивает надёжность конструкции, а в случае поломки починить его будет куда проще;
характеристики. Коэффициенты мощности и полезного действия у всех асинхронных двигателей, в том числе и у двухфазных, находятся на весьма высоком уровне. Такие моторы будут мощнее в сравнении с аналогами в той же ценовой категории. Также жёсткая механическая характеристика не допускает больших перепадов скоростей при колебаниях нагрузки — они остаются на одном уровне вне зависимости от подобных скачков;
мощность. Асинхронные двухфазные двигатели имеют высокие значения допустимого, а также пускового момента на валу. Это позволяет быстро разгонять двигатель до предельных значений без затрат времени;
эксплуатация. Как уже было указано выше, конструкция электродвигателей с двухфазным подключением весьма проста и имеет не так много отдельных элементов. Таким образом обслуживание таких устройств значительно проще, а вероятность поломки ниже. При своевременной очистке от пыли и подтягивании контактов подключения двигатель без замены подшипников проработает от 15 до 20 лет.

В целом, двухфазные устройства весьма популярные благодаря своей прочности и надёжности. Они не имеют отдельных коллекторных групп, поэтому не образовывают дополнительное трение и тем самым снижают износ двигателя на фоне аналогов. Для питания двигателя не требуются отдельные преобразователи — достаточно подключить их к промышленной сети и запустить.

Однако не стоит забывать и о ряде недостатков, которые не дают асинхронным двигателям занять доминирующую нишу на рынке:

главной их проблемой является малый пусковой момент. Это несколько ограничивает сферу применения асинхронных двигателей. Например, они используются в манипуляторах, кранах, конвейерах, домашних и офисных инструментах, где вместо высокого пускового момента требуется мощность;
также стоит отметить высокую реактивную мощность, которую они потребляют при запуске. Дело в том, что несмотря на высокие показатели, она несоизмерима с механической мощностью, поскольку никак не оказывает на неё влияние. Стоит учитывать это при подсчёте энергопотребления оборудования;
стоит быть внимательным с показателями в принципе, поскольку некоторые значения систем могут оказаться ниже требуемых для потребления на пуске двухфазного асинхронного двигателя. Несоответствие характеристик в результате существенно снижает эффективность работы, а в некоторых случаях может привести к поломке оборудования.

Стоит также рассмотреть, чем же отличаются двигатели с другим числом фаз — одной, тремя и пятью.

В чём отличие трёхфазных двигателей

Принцип работы трёхфазного двигателя не отличается от двухфазного, однако разницу можно заметить в конструкции. Вместо двух магнитных потоков их три, при этом они смещены относительно друг друга в пространстве и времени, что позволяет создать магнитный поток, вращающийся в нужном направлении и с нужной скоростью.

Стоит отметить, что при вращении поток создаёт ЭДС в роторных проводниках. В результате ротор продолжает вращаться даже в том случае, если пусковой момент превышает тормозной. Это явление получило название скольжения, который является если не ключевым, то очень важным параметром для двигателя. Именно от него зависит безопасность работы, поскольку достижение критического уровня скольжения снижает стабильность, и двигатель может пострадать от опрокидывания.

Таким образом, принцип асинхронного трёхфазного двигателя строится на взаимодействии ротора, создающего магнитное поле, и токов, которые присутствуют в данном поле. При этом без разницы частот вращения полей движение не начнётся. В широком применении униполярные трёхфазные двигатели применяются в циркулярке.

Особенности однофазных двигателей

Любой асинхронный двигатель по своей сути является трёхфазным, поскольку для работы требуется сеть напряжением 380 В и три фазы. Двух- или однофазным двигатель делает подключение двигателя к другой сети, с двумя фазами и низким напряжением. В итоге вместо трёх обмоток питание подаётся всего на две.

В отличие от обычной схемы, в этом случае рабочая обмотка является основной и принимает чистую фазу от сети. Для создания вращения же на другую обмотку фаза поступает через посредник, в данном случае некий фазосдвигающий элемент. Чаще всего в этом качестве используются специализированные конденсаторы.

Без посредника однофазная система не сможет набрать достаточно индукции для запуска смещения ротора. Однако после включения необязательно поддерживать напряжение пусковой обмотки, которая подключена к конденсатору — двигатель будет работать в любом случае.

Это происходит благодаря конструкции и принципу работы трёхфазного двигателя в целом. Одной из его особенностей является продолжение работы даже в том случае, если один из проводов попросту вышел из строя, и подача тока от него отключилась. Фактически, в этот момент трёхфазная конструкция имитирует однофазную, а результирующее магнитное поле сохраняет вращение. Такие моторы в быту используются в пылесосах.

Пятифазные двигатели

На фоне перечисленных выше вариантов пятифазные двигатель гораздо больше похож на двухфазный из-за особенностей конструкции. В большинстве случаев для работы хватает и обычного, однако пятифазный двигатель находит своё применение в тех случаях, когда системе не хватает разрешения, разгона и торможения. Кроме того он имеет сниженную вибрацию и повышенную точность.

В чём же состоит отличие этих моторов? В первую очередь в конструкции — 2-фазный двигатель имеет восемь магнитных полюсов, в то время как 5-фазный целых десять. Каждый из них оснащён обмоткой, что приводит нас ко второму важному отличию — числу фаз. Как легко понять по названию двигателя, в двухфазном их всего две, условно обозначаемые как А и В. Пятифазные же имеет сразу пять фаз — от А до Е. Таким образом, пока первый вариант мотора работает в строго ограниченном режиме, второй может с лёгкостью переключаться между разными параметрами, подключая фазы в различных комбинациях. Это позволяет широко варьировать производительность, стабильность и интенсивность работы устройства. Фактически, пятифазный двигатель имеет лучшие характеристики по всем основным параметрам устройства, включая драйвер, но в большинстве случаев они попросту не нужны в системе, поскольку ей достаточно и стандартных мощностей. Таким образом пятифазные двигатели имеют свою, строго ограниченную нишу и не получают широкого распространения — перед покупкой стоит проверить описание.

Выводы

Таким образом асинхронные двигатели заняли прочную нишу в современной индустрии, предлагая множество преимуществ при сравнительно низкой стоимости покупки и обслуживания. Однако стоит отметить, что в большинстве систем используются в первую очередь универсальные трёхфазные моторы, которые при этом могут свободно конвертироваться в однофазные при определённых параметрах системы.

Двухфазные двигатели же имеют свою собственную нишу, которую они делят вместе с пятифазными. Обладая иными параметрами и особенностями системы, они находят своё применение в автоматических устройствах, таких как компенсационные или мостовые системы. Кроме того, благодаря возможности регулировать ряд ключевых параметров, такие моторы имеют простое управление и будут меньше греться. Например, можно изменять вращающий момент и частоты вращения через фазы напряжения двух обмоток. А умельцы изготавливают такие моторы из автомобильного генератора.

Читайте также: