Как это устроено двигатель

Как работает ионный двигатель и где он применяется

Ученые уже придумали или готовятся придумать много новых типов двигателей для космических кораблей. Самые смелые предположения даже говорят про варп-двигатель, который должен разгонять корабль до скоростей, в несколько раз превышающих скорость света за счет искривления пространства в мощном гравитационном поле. Пока это только фантастика, которая скоро может стать перспективой. Зато ионные двигатели уже существуют и даже применяются. Они уже на данном этапе могут развивать скорости в несколько раз выше тех, что предлагают традиционные ракетные двигатели. Правда, они не могут отправить ракету в космос. Вот такие противоречия. Но как же тогда работает ионный двигатель и почему на данном этапе это действительно является технологией будущего?

Такой двигатель может разгоняться до очень больших скоростей.

Как работает ионный двигатель

Принцип работы ионного двигателя простой и сложный одновременно. Он заключается в ионизации газа, который разгоняется электростатическим полем для получения реактивной тяги и разгона космического корабля согласно третьему закону Ньютона.

Топливом или рабочим телом такого двигателя является ионизированный инертный газ (гелий, аргон, неон, ксенон, криптон, оганесон, радон). Впрочем, не все инертные газы стоит использовать в качестве топлива, поэтому, как правило, выбор ученых и исследователей падает на ксенон. Также рассматривается вариант использования ртути в качестве рабочего тела ионного двигателя

Во время работы двигателя в камере образуется смесь из отрицательных электронов и положительных ионов. Так как электроны являются побочным продуктом, их надо отфильтровать. Для этого в камеру вводится трубка с катодными сетками для того, чтобы она притягивала к себе электроны.

Положительные ионы, наоборот, притягиваются к системе извлечения. После чего разгоняются между сетками, разница электростатических потенциалов которых составляет примерно 1 200 Вольт, и выбрасываются в качестве реактивной струи в пространство.

Схематичное изображение работы ионного двигателя.

Электроны, которые попали в катодную ловушку, должны быть удалены с борта корабля, чтобы он сохранял нейтральный заряд, а выброшенные ионы не притягивались обратно, снижая эффективность установки. Выброс электронов осуществляется через отдельное сопло под небольшим углом к струе ионов. Таким образом, что произойдет в их взаимодействии после покидания двигателя, уже не так важно, ведь они не мешают движению корабля.

Преимущества ионного двигателя для космического корабля

Ионы на выходе из двигателя разгоняются до очень высоких скоростей. В своем максимуме они могут достигать 210 км/с. При этом, химические ракетные двигатели не способны достигать и 10 км/с, находясь в диапазоне 3-5 км/с.

В нашем Telegram-чате все говорят про варп-двигатель, но давайте сначала с ионным разберемся.

Возможность достижения большого удельного импульса позволяет очень сильно сократить расход реактивной массы ионизированного газа в сравнении с аналогичным показателем для традиционного химического топлива. А еще, ионный двигатель может непрерывно работать более трех лет. Энергия, которая нужна для ионизации топлива берется от солнечных батарей — в космосе с этим проблем нет.

Если спешить с ускорением некуда, то ионный двигатель станет отличным вариантом.

Недостатки ионных двигателей

Возможность продолжительной работы ионного двигателя очень важна, так как он не способен развивать высокую тягу и моментально разгонять корабль до больших скоростей. В нынешних реализациях тяга ионных двигателей с трудом достигает 100 миллиньютонов.

Из-за такой конструктивной особенности, как минимум пока, такой двигатель не дает возможности стартовать с другой планеты, даже если у нее очень маленькая гравитация.

Получается, что использование таких двигателей для дальних путешествий пока невозможно без традиционных тяговых установок на химическом топливе. Зато, их совместное использование позволит гораздо более гибко пользоваться ускорением. Например, за счет обычного двигателя разгонять аппарат до более менее высокой скорости, а потом ускоряться еще больше за счет ионного двигателя.

Покорение дальнего космоса без новых технологий невозможно.

По сути, малая тяга на данный момент является главным недостатком таких двигателей, но ученые работают в этом направлении и в перспективе повысят его мощность, так как определенного прогресса удалось добиться уже сейчас.

Еще одной, пусть и не такой существенной, проблемой является надежность. В целом ионные двигатели достаточно надежны, но надо понимать, что их задача заключается в том, чтобы унести аппарат очень далеко и очень быстро. То есть работать он должен долго, чтобы не ставить под удар всю миссию. Поэтому, пока идут работы над увеличением мощности, разработчики стараются не забывать и о надежности.

Где используются ионные двигатели

Вам могло показаться, что ионные двигатели существуют только на бумаге и в лабораториях, но это не так. Они уже использовались, как минимум, в семи завершившихся миссиях и используются минимум в четырех действующих.

В том числе такие двигатели используются в рамках миссии BepiColombo, запущенной 20 октября 2018 года. В этой меркурианской миссии используются 4 ионных двигателя суммарной мощностью 290 миллиньютонов. Кроме этого, аппарат оснащен и химическим двигателем. Оба они в сочетании с гравитационными маневрами должны обеспечить выход корабля на орбиту Меркурия в качестве искусственного спутника.

Космический аппарат BepiColombo.

Использованием этих двигателей не брезгует и Илон Маск в своей программе Starlink, за счет этих двигателей корабль должен совершать небольшие маневры и уклоняться от космического мусора.

Сейчас планируется доставка на МКС ионной тяговой установки, которая позволит управлять положением станции в автоматическом режиме. Ее мощность подобрана исходя из доступной электрической мощности станции. Для большей надежности планируется так же доставка батарей, которые обеспечат 15 минут автономной работы двигателя.

Астрономы открыли новый тип взрывов в космосе

Но самым необычным проектом был ”Прометей”. Корабль в рамках этого проекта планировалось отправить к Юпитеру со скорость 90 км/c. Ионный двигатель корабля должен бал работать от ядерного реактора, но из-за технических трудностей в 2005 году проект закрыли.

Когда изобрели ионный двигатель

При всей перспективности ионного двигателя, первый раз его концепцию предложил еще в 1917 году Роберт Годдард. Только спустя почти 40 лет Эрнст Штулингер сопроводил концепцию необходимыми расчетами.

В 1957 году вышла статья Алексея Морозова под названием ”Об ускорении плазмы магнитным полем”, в которой он описал все максимально подробно. Это и дало толчок к развитию технологии и уже в 1964 году на советском аппарате ”Зонд-2” стоял такой двигатель для маневров на орбите.

Первый аппарат в космосе с ионным двигателем.

По сути, ионный двигатель является первым электрическим космическим двигателем, но его надо было дорабатывать и совершенствовать. Этим и занимались долгие годы, а в 1970 году прошло испытание, призванное продемонстрировать эффективность долговременной работы ртутных ионных электростатических двигателей в космосе. Показанный тогда малый КПД и низкая тяга надолго отбили желание американской космической промышленности пользоваться такими двигателями.

Ученые поймали очередной сигнал из космоса, но теперь он регулярно повторяется

В СССР разработки продолжались и после этого времени. И европейское, и американское космические агентства вернулись к этой идее. Сейчас исследования продолжаются, а выведенные на орбиту образцы двигателей, хоть и не могут быть главным тяговым элементом управления, но зато проходят ”проверку боем”. Собранная информация позволит увеличить мощность ионного двигателя. По разной информации, так удалось увеличить тягу самого мощного подобного двигателя более чем до 5 Н. Если это так, то все действительно не зря.

Из чего состоит автомобиль. Просто и понятно.

1. Общее устройство легкового автомобиля. Автомобиль состоит из несущей системы и кузова, двигателя, трансмиссии, ходовой части и системы управления. Кратко рассказывается о каждой составляющей.

2. Принцип работы четырёхтактного двигателя. Рассматривается камера внутреннего сгорания, 4 такта двигателя.

3. Как устроен двигатель в автомобиле. Показываются основые части двигателя (ремни, шкифы, гидроусилитель, генератор и т. д.).

4. Трансмиссия автомобиля.

5. Устройство подвески автомобиля. Рассказывается о видах подвески и о её частях (опоры колёс, направляющие, пружины, амортизаторы, стабилизатор устойчивости и подрамник).

Для тех, кто хочет посложнее:

6. Устройство сцепления.

7. Виды датчиков в двигателе внутреннего сгорания (ДВС)

Дубликаты не найдены

Нарисовано достаточно подробно и более-менее адекватно. Но дефекты речи скрадывают общее впечатление от просмотра

Там еще других ошибок навалом.

Детонация двигателя (должно быть детонация смеси в цилиндре/двигателе)

Католизато (так и видится некто облизывающий кран КАТО).

Но в целом видео познавательные.

Детонация двигателя — это сильно! После нее можно даже не объяснять ничего по машине, только описывать ее обломки

Да, именно такая мысль у меня мелькала каждый раз, когда я это слышал.

Это для атмосферы, чтоб почувствовать себя в автосервисе

Ну вот..теперь автослесарем могу

Самое главное: при движении вперёд крутишь руль влево, машина поворачивает налево, крутишь руль вправо, машина поворачивает направо.

Окей, как устроен автомобиль понятно, можно теперь гайд как устроен автомобиль производства автоваз?

Да походит еще

В чем плюс рядных моторов?

В чем плюс рядных моторов? Авто, Двигатель, Производство, Автопром, Интересное, Гифка, Длиннопост

Когда-то, рядная шестерка была самой ходовой, доминирующей конструкцией двигателя в Западном полушарии. Jaguar ставил их на свои лучшие модели, Jeep «построил» и закрепил на них свою репутацию во второй половине 20-го века. Тоже самое можно сказать о Mercedes-Benz. Рядные шестицилиндровые бензиновые моторы были хорошими образчиками.

Читайте также  Сливная пробка охлаждающей жидкости на блоке двигателя

Все мы привыкли думать, что в Штатах господствовали восьмицилиндровые моторы, это нельзя назвать полной правдой, ведь в недалеком прошлом почти каждый заурядный семейный автомобиль и многие пикапы оснащались единственным стандартом мотора – «рядным шестицилиндровым».

Затем настали тяжелые времена, началась экспансия V6.

В течение многих лет V-образные шестерки вытесняли рядные моторы, казалось, еще немного и вся конструкция будет предана забвению. Но, похоже этому не бывать – Mercedes-Benz совершил воскрешение. Он вернул рядную шестерку в виде новой версии двигателя под внутренним номером M256. Предназначение вновь изобретенного «колеса» очевидна – замена и вытеснение большей части силовых агрегатов V6 из линейки. Об этом еще несколько лет назад заявляли сами представители Mercedes-Benz.

Но единственный вопрос: «Зачем им это?»

Одними из главных недостатков современных автомобильных двигателей являются: сложность производства, усложненность конструкции, невысокая надежность и дороговизна. Все эти недостатки в полной мере присущи «V»-образному стандарту и в том числе производимому компанией из Штутгарта.

В конце концов, понимание того, что нужно каким-то образом бороться за повышение доступности автомобилей с объемными и мощными двигателями, натолкнули управление Daimler AG к рискованному на первый взгляд шагу – разработке современного рядного шестицилиндрового мотора. Именно низкие затраты на разработку двигателя, а не присущая линейному мотору плавность работы, дали старому дизайну отсрочку от окончательного уничтожения.

В чем плюс рядных моторов? Авто, Двигатель, Производство, Автопром, Интересное, Гифка, Длиннопост

Куда пропали все рядные моторы?

«Рядный» означает расположение цилиндров в блоке двигателя – они, соответственно, расположены один за другим – в ряд, а «шесть» – как несложно догадаться – это их количество.

Изначально Mercedes освоил производство своей рядной шестицилиндровой линейки моторов в 1924 и продолжал делать их вплоть до 1943 года, пока война не начала активно высасывать все соки из стран «оси», и как-то стало не до производства двигателей.

После восьмилетнего перерыва, с 1951 по 1998 год Mercedes продолжил делать разнотипные рядные моторы. Отличительной чертой было то, что в этот период в производстве всегда оставалась хотя бы одна рядная шестицилиндровая модель двигателя. Двадцать лет назад данная традиция окончательно ушла в прошлое. Примечательно, что в Германии подобный тип мотора продержался дольше, чем в других странах Запада, в которых имелась собственная автопромышленность.

В чем плюс рядных моторов? Авто, Двигатель, Производство, Автопром, Интересное, Гифка, Длиннопост

Другие автопроизводители разбрелись по разным сторонам от шести цилиндров. В Европе и Японии пошли путем уменьшения их количества, постепенно снизив до четырех, со временем добавив мощности при помощи турбин.

В США, мощные V8 взяли верх над практичными и относительно экономичными «шестерками». С 1950-х по 1970-е годы в Штатах автомобили были монументально огромными, бензин стоил дешево, а значит никаких препятствий для V-образных моторов не было, также как не было места рядным конкурентам.

Со временем под рядные силовые агрегаты в США была отвоевана ниша – автомобили начального уровня, но и они просуществовали не так долго, поскольку их повторно вытеснили «V»-образные моторы.

Почему это произошло? Все дело в том, что автомобили стали компактнее, их капоты тоже стали меньше, а вот зоны деформации и количество электроники, напротив, в современных автомобилях оказалось больше. Все это занимает место, значит нужны более компактные моторы – V6 подходили для этого как нельзя лучше, ведь они были короче на один цилиндр по отношению к своим рядным «сотоварищам», но стоили при этом дешевле своих старших братьев – V8.

В чем плюс рядных моторов? Авто, Двигатель, Производство, Автопром, Интересное, Гифка, Длиннопост

Почему Мерседес вновь начал возрождать рядный тип моторов? И в чем его уникальность?

Короткие капоты по-прежнему являются проблемой, но у Mercedes есть несколько технических трюков, которые позволили сократить двигатель «M256» достаточно для того, чтобы «запихнуть» его в сегодняшние «курносые» автомобили.

На обычном двигателе, как известно, мощность мотора приводит в движение все навесное оборудование: гидроусилитель руля, генератор, помпу и компрессор системы кондиционирования. Все это добро приводится в действие через систему ремней и шкивов, расположенных в передней части двигателя. Все это нагромождение занимает много ценного места в пространстве между двигателем и радиаторной решеткой.

M256-й двигатель ушел от стандартной системы. Вместо нее все вспомогательное оборудование приводится в действие электрической 48-вольтовой системой, получившей фирменное наименование «Integrated Starter-Alternator (ISG)», в которой роль стартера и генератора объединена в едином блоке.

Такой подход сделал мотор компактней, но помимо этого, технология ISG также позволила повысить производительность относительно небольшого по объему двигателя и не последнюю роль в этом сыграла технология «интеллектуального турбонаддува» со встроенным электрическим турбокомпрессором и электромотором, который работает в паре с основной обычной турбиной, что устанавливается на CLS53.

В чем плюс рядных моторов? Авто, Двигатель, Производство, Автопром, Интересное, Гифка, Длиннопост

Элемент технологии ISG (электромотор, расположившийся между коленчатым валом и КПП)

В зависимости от ситуации и требований, компрессор может помочь раскрутиться турбине или отдать первичный импульс для старта мотора. Интеллектуальная комбинация позволяет нивелировать турбо-яму, которую вы обычно чувствуете между нажатием педали газа и моментом увеличения мощности. То есть когда это необходимо электромотор работает, в качестве стартера и помогает двигателю достигать максимального крутящего момента в самом начале разгона, что обеспечивает автомобилю максимальную тягу на низких оборотах.

Так, что с технической точки зрения – это по-настоящему удивительный агрегат. Однако его уникальность заключается не только в используемых технологиях. Это уникальная конструкция с уходящими в глубокое прошлое корнями. Когда компактные V6 на протяжении 20 лет вытесняли рядные моторы, Mercedes, несмотря на прекращение производства последнего одновременно с уходом на покой лимузина W140 S-Class в 1998 году, не расстался с пониманием исторической связи, и не побоимся сказать – исторической ответственности в сохранении более простой и надежной версии силовых агрегатов.

Единственным конкурентом, который не расстался с рядной концепцией, стала компания BMW. Все остальные производители из Топ-10 либо давно прекратили попытки строительства среднеобъемных рядных двигателей, либо начав их делать достаточно быстро, прекращали. Среди них можно отметить:

Jeep, со своим 4.0-литровым I6, который перешел от него после 2006 года в пользу V6.

General Motors, который создал уникальный для своего времени рядный шестицилиндровый мотор в 2002 году в рамках нового семейства двигателей Atlas. Двигатель просуществовал до 2012 года.

Цены на СТО

Дело было так:
Есть в семье автомобиль французской марки (ожидается прилив троллей в комментариях про 3Ф, французов и т.д.) 2000-х годов. Сзади стоит независимая-многорычажная подвеска. Месяц назад появился стук и очень сильный, звук был похож на удары молотком по днищу со стороны глушителя. Любые самостоятельные проверки на яме не дали результата. Выхлопная не стучала, на вид все было цело. Жена взяла машину съездить по делам и заодно заехать на сто на диагностику. К слову выбирали СТО по отзывам, 400+ положительных отзывов. Сижу работаю, звонок, слезы и фраза "Тут машина сильно поломалась". Зная всю историю авто и что менялось, не понял что могло там так сильно поломаться. Говорю жене: "Заплати только за диагностику, ничего не подписывай и забирай машину". Вечер прихожу домой и начинаю спрашивать, что там такое случилось!? В ответ сует мне листок бумажки с картинкой подвески, обведенные детали под замену и суммы запчастей и ремонт. Так вот, приговорили горе-мастера 4 сайлентблока рычагов, 4 сайлентблока бананов, 2 амортизатора, диагностика и замена пружин. А теперь пробежимся по ценам. Буду писать первую цену СТО и через / ту, что в магазине.
4 сайлентблока рычагов 45$/20$
4 сайлентблока бананов 40$/10$
2 амортизатора 130$/40$
пружины 75$/45$
+ работа за все 200$

Обычно все делаю сам в гараже и оооочень редко обращаюсь на СТО, подумал что это может норма? Но все же чуйка взяла вверх и уже сам решил съездить на другое СТО, кстати к какому-то дяде Васе в гараж около дома, что бы уже самому с ним разобраться и на удивление он нашел всего лишь разбитую втулку стабилизатора, подложил кусок шланга под скобу и стук пропал. Цена вопроса: щедрые чаевые дяде Васе, а жене урок, что не стоит спешить. Пост не ради хайпа или ещё чего, просто не понятно откуда такая наценка, ладно за работу, но запчасти, вам же вообще магазины по оптовой продают.. Всем удачи и не стоит спешить в некоторых вещах!

Как это работает. Ракетный двигатель

Полеты в космос, одно из самых вдохновляющих достижений человечества, невозможны без ракетного двигателя. С одной стороны, принцип его работы максимально прост, а с другой – всего несколько стран могут похвастаться ракетными двигателями собственного производства.

С момента старта Гагарина и по сей день все российские космонавты поднимаются с поверхности Земли двигателями РД-107/108. Серийное производство этих исключительно надежных двигателей продолжается на самарском предприятии Ростеха «ОДК-Кузнецов». Рассказываем о том, как устроен и работает космический двигатель-долгожитель РД-107/108.

Читайте также  Система смазки двигателя

Космически просто

И правда, объяснить принцип действия реактивных двигателей, к которым относятся и ракетные двигатели, можно даже ребенку. Для этого достаточно отпустить надутый воздушный шарик, который под влиянием выталкиваемого воздуха полетит в противоположном направлении. Движение и шарика, и ракеты происходит согласно третьему закону Ньютона: действию всегда есть равное и противоположное противодействие. Действие из ничего не возникает. Чтобы обеспечить действие, требуется энергия. В шарике это потенциальная энергия сжатого, в меру возможностей ваших легких, воздуха. Отличие ракеты заключается в том, что для выхода за пределы атмосферы требуется выбрасывать большие массы вещества с очень большой скоростью, что требует подвода огромного количества энергии. Это и делает ракетный двигатель.

Двигатели ОДК обеспечили успешный пуск ракеты «Союз-2.1б»Фото: Космический центр «Восточный» / Роскосмос

Самым распространенным типом двигателей для космических программ сегодня являются жидкостные ракетные двигатели (ЖРД), в которых в качестве топлива используются жидкие горючее и окислитель. К этому типу относится и российский РД-107/108.

Жидкостные двигатели – на сегодняшний момент самые мощные и универсальные ракетные двигатели, с помощью которых совершается большинство полетов в космос. Они отличаются высоким удельным импульсом, то есть при меньшей массе израсходованного топлива создают большую тягу. Кроме того, ЖРД позволяют активно управлять уровнем тяги и могут использоваться много раз. При этом по сравнению с другими видами ракетных двигателей, например твердотопливными, они значительно сложнее и дороже, поэтому основная их сфера применения – космонавтика и обеспечение выведения орбитальных и межпланетных аппаратов.

Как работает жидкостный ракетный двигатель

Чтобы получить полезное действие, достаточное для прорыва в космос, нужно получить большое количество энергии − эффективно сжечь большое количество топлива. Как известно, любой процесс горения представляет собой химическую реакцию окисления. И если на Земле для других видов тепловых двигателей в качестве окислителя можно использовать атмосферный кислород, то для ракетного двигателя, и тем более в космосе, окислитель и горючее надо иметь непосредственно на ракете, и лучше всего в максимально плотном и удобном для подачи жидком виде. В РД-107/108 в качестве окислителя используется жидкий кислород, а в качестве горючего – керосин.

Наклонный стенд на «ОДК-Кузнецов» испытал двигатели для ракет в шеститысячный разФото: Объединенная двигателестроительная корпорация

В камере сгорания подаваемые специальными насосами в нужном количестве и с необходимым давлением окислитель и горючее смешиваются и сгорают. Горячие (с температурой в несколько тысяч градусов) продукты сгорания в конструкции особого профиля – сверхзвуковом сопле Лаваля – разгоняются до многократно сверхзвуковых скоростей и уходят в пространство. Если умножить сумму секундных расходов масс горючего и окислителя на скорость выхода продуктов сгорания из сопла, можно в первом приближении получить силу тяги двигателя. Так, в общих чертах, можно описать схему работы жидкостного ракетного двигателя.

Устройство РД-107/108

Двигатель РД-107/108 состоит из четырех камер сгорания, турбонасосного агрегата, газогенератора, испарителя азота для наддува баков ракеты и комплекта агрегатов автоматики. Для управления полетом ракеты на двигателях имеются рулевые камеры: два на РД-107 и четыре на РД-108.

01-zo_RD_ZORAN_2017_10_RUS-01.png

Несоизмеримые с возможностями существующих металлов температуры горения и продуктов сгорания, большое количество выделяемого тепла требуют охлаждения стенок камеры сгорания и сопла. В РД-107/108 эта инженерная задача решается двухстеночной конструкцией камеры сгорания и сопла и организацией охлаждения стенки со стороны горячего тракта подачей горючего (керосина) в камеру сгорания через межстеночные пространства.

Вторая особенность РД-107/108 − открытая схема сброса генераторного газа. Окислитель и горючее хранятся в отдельных баках и подаются в систему с помощью турбонасосного агрегата (ТНА). Для привода насосов горючего и окислителя используется турбина, в качестве рабочего тела для которой используется парогаз – продукт каталитического разложения пероксида водорода. Выхлопы турбины выбрасываются за срез сопла.

Рекордсмен космоса

Разработка двигателей РД-107 и РД-108 проходила в 1954–1957 годах под руководством выдающегося конструктора Валентина Глушко. Двигатели предназначались для первой в мире межконтинентальной баллистической ракеты Р-7, модификация которой в 1957 году доставила в космос первый искусственный спутник Земли. В 1961 году двигатели обеспечили первый полет человека в космос. На протяжении более 60 лет российские ракеты «Союз» поднимаются в небо с помощью двигателей РД-107/108 и их модификаций. Серийное производство двигателей налажено на самарском заводе «ОДК-Кузнецов», входящем в Объединенную двигателестроительную корпорацию Ростеха.

Ростех переводит двигатели «Союзов» на экологически чистое топливо

Программа РД-107/108 продолжает развиваться, создаются новые модификации – всего разработано 18 вариантов для различных программ. Сегодня модификациями двигательных установок РД-107А/РД-108А оснащаются I и II ступени всех ракет-носителей среднего класса типа «Союз». Все пилотируемые и до 80% грузовых космических кораблей в России взлетают благодаря этим двигателям.

РД-107/108 уже поставил свой космический рекорд по долголетию. Конечно, когда-нибудь и его время пройдет, но сегодня запас для совершенствования двигателя еще не исчерпан.

Как устроен и как работает двигатель постоянного тока (ДПТ)

Электродвигатель

Большая часть техники работает, принимая электроэнергию и переделывая ее в механическую. Устройство, которое осуществляет такое превращение, называется электрическим двигателем. Очень популярны двигатели постоянного тока, которые для краткости обозначают аббревиатурой ДПТ. Их важность в нашей жизни нельзя переоценить: устройство и принцип действия электродвигателя изучают даже в школах на уроках физики.

Физические начала ДПТ

В основе ДТП лежит влияние магнитного поля на внесенный в него проводник с током. Если по проводнику дать течь электротоку, сформируется магнитное поле, линии которого примут вид концентрических окружностей с центром в этом проводе. Чтобы узнать направление этих линий необходимо применить правило буравчика. Согласно ему, если электроток в проводнике направлен от нас к плоскости рисунка, то магнитные линии направлены по часовой стрелке. Если он течет от плоскости на нас, то направление линий – против часовой стрелки.

Правило Буравчика

А теперь представьте дугообразный магнит. Он проиллюстрирован на рисунке ниже. Он формирует магнитное поле, и между северным и южным полюсом его линии выстраиваются в параллельные прямые. Причем выходят они из северного, а заходят в южный.

Магнит

А теперь представьте, что случится, если в магнитное поле дугообразного постоянного магнита внести проводник, по которому проходит электроток. Картина будет следующей: с одной стороны направление круговых линий магнитного поля этого проводника идут против линий поля магнита. По правилу сложения векторов результирующее поле будет слабым. А с противоположной стороны направление круговых линий совпадет с направлением линий поля постоянного магнита. Поэтому в этом месте результирующее поле сформируется сильным. Из-за разнохарактерности магнитного поля проводник приходит в ход из более сильной области в более слабую.

4

Вы можете несколькими способами расположить проводник между полюсами постоянного магнита. Можно сделать верхним северный полюс, а можно – южным. Ток в проводнике в одном опыте может идти от нас, а в других – к нам. От этих мелочей зависит, в каком направлении магнитное поле вытолкнет проводник. А чтобы определить ее точно, для электродвигателей применяют правило левой руки. Его смысл состоит в том, что если разместить левую руку так, чтобы линии магнитного поля постоянного магнита врезались в ладонь, а четыре пальца смотрели бы по ходу электротока в проводнике, то оттопыренный на 90 градусов большой палец укажет, куда будет отклоняться этот проводник.

Правило левой руки

Для справки! Сила, вынуждающая проводник двигаться в поле, называется силой Ампера. Численно она эквивалентна произведению силы тока в проводе и его длины, а также вектора магнитной индукции поля, в который помещен этот провод. Формула: F=IBL.

Модель ДПТ

Из теоретических основ видно, что для электродвигателя присутствие постоянного магнитного поля обязательно. Для этого в маломощных ДПТ применяют постоянные магниты. Для средне- и высокомощных агрегатов требовались бы очень громоздкие магниты, поэтому их заменяют обмоткой возбуждения, иногда – индуктором. По ним пропускают ток, и они формируют магнитное поле.

Элеентарная модель ДТП – это однородное магнитное поле, внутрь которого поставлена рамка. По ней пускают ток. Сначала она оборачивается, а достигнув положения «горизонтально» – останавливается. Такое положение называют мертвой точкой. Останавливается рамка потому, что по одной стороне ток течет в одну сторону, а с другой – в противоположную. Это значит, что они образуют взаимообратные поля. Они возмещают действия друг друга, и движение прекращается. Чтобы оно было бесконечным, необходима еще одна рамка, сцепленная с первой. Тогда всегда какая-то из двух рамок будет создавать разнородность в поле, которая будет заставлять двигаться рамочную систему целиком.

Устройство и принцип действия ДПТ

Устройство двигателя постоянного тока включает в себя:

  • Якорь – подвижная часть мотора, его ротор. Визуально это пластины или вал с пазами, в которые уложен проводник;
  • Статор – статическая часть, играющая роль подковообразного магнита. У статора может быть больше двух полюсов, но иллюстрировать мы будем работу двухполюсного электродвигателя (рисунок ниже);
  • Коллектор – переключатель, соединяющий якорную намотку с электросхемой мотора. Необходим для изменения направления тока в проводе.

7

Теперь о том, как работает двигатель постоянного тока:

  1. По верхнему проводнику якоря пускается электроток, направленный к плоскости рисунка;
  2. По нижнему проводнику якоря электроток направляется к нам от рисунка;
  3. Верхние провода по правилу левой руки под действием силы Ампера движутся вправо;
  4. Нижние провода согласно тому же правилу направляются влево. Но поскольку провода уложены в пазы вала, объединяющего все намотки в единую систему, в движение приводится якорь целиком;
  5. Когда намотка, в которой электроток движется к плоскости схемы, достигнет нижнего положения, по правилу левой руки она будет толкать якорь влево. Поэтому движение вала будет тормозиться;
  6. Двигатели созданы для продолжительной работы, поэтому нельзя допустить торможения якоря. Для этого направление течения электротока нужно поменять в момент пересечения мертвой точки. Для этой цели и применяется коллектор.

Внимание! Коллектор меняет направление тока только в рамке, роль которой играет намотка якоря. Во внешней цепи течение сохраняется прежним.

Разновидности ДПТ

Двигатели ПТ делят на четыре группы:

  1. Коллекторные.
    Их классифицируют по подтипам:
    1. С одним коллектором и четным числом намоток;
    2. С парой коллекторов и двумя обмотками;
    3. С тремя коллекторами и таким же числом намоток;
    4. С четырьмя коллекторами и двумя намотками;
    5. С четырьмя коллекторами и таким же числом обмоток на якоре;
    6. С восемью коллекторами и безрамочным якорем.

    Это тип электродвигателя, описанный выше. Его преимущества – отличный запуск, нет затруднений в реверсировании и регулировании частоты вращения мотора. К достоинству также относят простое устройство и легкое управление. Недостаток только один – уж очень быстро изнашивается коллектор. А это не самый дешевый элемент двигателя.

    1. Инверторные.

    Инверторный ДПТ имеет те же преимущества, что и коллекторный. Отличие состоит лишь в том, что переключение производится электронным путем за счет передачи информации датчиком положения ротора. Поэтому мотор обретает дополнительное достоинство – отсутствие изнашиваемых элементов, что делает двигатель более экономичным.

    1. Униполярный ДПТ.

    В основе принципа действия такого двигателя – все то же влияние магнитного поля на проводник с током. Но в поле помещается не проволочная намотка, а диск на оси. Ток подается так: один контакт соединен с осью диска, а другой – с его краем.

    1. Универсальный коллекторный ДПТ.

    Устройство и принцип действия аналогичен коллекторному электродвигателю постоянного тока. Отличие содержится в том, что питать якорную намотку можно от источника, как постоянного тока, так и переменного. В сетях электроток имеет частоту 50 Гц. Значит, 50 раз в секунду токодвижение производится в одну сторону, и 50 раз – в другую. Казалось бы, якорь в таком случае с такой же частотой должен вращаться то в одну, то в другую сторону. Но этого не происходит, потому что общая цепь мотора соединена последовательно. И если меняется ток в якоре, то и в статоре тоже. Поэтому направление вращения вала сохраняется.

    Такие двигатели часто применяются для работы электрических строительных и бытовых. Они обладают тем же преимуществами и недостатками, что и коллекторные ДПТ. Но добавлено по одному плюсу и минусу. В защиту – мотор можно использовать при питании от постоянного и переменного электрического источника (простые коллекторные только от постоянного). В минус – КПД ниже.

    Сегодня на практике используется большое многообразие электродвигателей постоянного тока. Их устройство может незначительно отличаться друг от друга. Но чего у ДПТ не отнять, так это то, что они всегда работают на взаимодействии двух магнитных полей: ротора и статора. А благодаря возможности изменения конструкции такие моторы можно приспособить практически для любых нужд.

    Гибридный двигатель: как это устроено

    И главное, они гораздо ближе, чем вы думаете – машины с этой силовой установкой появляются и в каршеринге. В чем их особенность? Рассказываем!

    • 18.10.2019
    • /
    • Полезное , Как это устроено
    • /
    • Яков Фрудгарт

    Мечта о двигателе, который сможет не выделять углекислый газ в атмосферу, а «кормить» машину, была в головах энтузиастов давно. Однако популярность такие двигатели начали набирать относительно недавно, и вот, уже в линейках ведущих автопроизводителей мы может видеть автомобили с гордым шильдиком «гибрид». Однако, надо разбираться что это такое, гибридный двигатель, и с чем его нужно «есть» – ведь их разновидностей великое множество. Давайте пройдёмся по истории.

    История

    Как мы с вами знаем, гибридный двигатель в автомобиле — это далеко не новинка, как нам пытаются доказывать некоторые производители. Первый раз такой двигатель уже пытались сделать в очень далёком 1665 году, для телеги. Священник по имени Фердинанд Вербист работал над телегами, которые могли работать с помощью двух двигателей, а именно лошади и пара. Будем считать его пионером гибридизации колёсного транспорта.

    Гибридный двигатель: как это устроено

    Однако, если говорить об автомобилях, то первые попытки переводить автомобили на агрегаты «двойного назначения» была на рубеже 19 и 20 века. Французскими «пионерами» автомобильных гибридов официально считаются Compagnie Parisienne des Voitures Electriques, которые целых 10 лет с 1897 по 1907 года выпускали гибриды и электромобили. Соединённые Штаты активно использовали гибридные грузовики с двигателями от Walker Vehicle Company, а General Electric в 1900 году выпускали автомобили с гибридным четырёхцилиндровым двигателем. Однако не будем забывать, что это были мелкосерийные производства или даже прототипы, ведь в то время никто не думал об экологических нормах и о возможности лишиться полезных ископаемых в обозримой перспективе. Это был рассвет автомобилестроения, который подарил нам множество автомобильных легенд и талантливых инженеров.

    Гибридный двигатель: как это устроено

    Механика

    Любой сложный агрегат имеет в своём «арсенале» принцип своей работы или действия. В случае и с гибридными моторами нужно знать о том, что двигателя, формально, в таком автомобиле два: бензиновый и электрический. Меняются эти «братья-близнецы» в своей работе в зависимости от режима работы силовой установки, а иногда и работают парно. Управляет такой сменой двигателей электронная система, определяя какой из двигателей нужно включать в данный момент. К примеру, на трассах нужен бензиновый, ведь ёмкости аккумулятора может не хватить, а вот в пробках как раз можно и «катиться» на электротяге. Если углубиться в механику, то есть три принципа работы таких «гибридов».

    Принципы работы

    • Схема параллельная Подобные автомобили одновременно используют оба двигателя постоянно, а электродвигатель используется как генератор для бензинового. Согласовывает работу двух двигателей компьютер, а блок управления помимо основных функций ещё и распределяет крутящий момент от обоих двигателей. Основным источником тяги является ДВС, а электрическая тяга появляется только при необходимости, например для резкого ускорения. При торможении электродвигатель работает как генератор. В данной компоновке потребитель не переживает об обслуживании большой батареи, а общая конструкция проста и недорогая в создании. Но минусами в данной системе является топливная экономичность в сравнении с другими схемами, помимо этого в городском потоке гибридная составляющая не эффективна. Такой автомобиль лучше всего раскрывается при движении по магистралям.

    Гибридный двигатель: как это устроено

    Гибридный двигатель: как это устроено

    Гибридный двигатель: как это устроено

    Купить или нет?

    Гибридный двигатель: как это устроено

    Если к концу прочтения этого текста у вас появилась идея о покупке данного автомобиля – я вас слегка «приземлю». Не так у нас и много гибридов: всего 18 моделей, которые смогли найти около 400 владельцев. Это связано с тем, что в нашей стране нет инфраструктуры для комфортного использования автомобилей, банально, с точки зрения заряда аккумуляторов. Параллельно с этим – стоимость сертификации таких автомобилей тоже увеличит конечную цену для покупателей, в итоге такой автомобиль будет, откровенно, дорогим. Помимо этого, его нужно будет обслуживать, а далеко не все это могут делать. В случае с попыткой покупки такого автомобиля на вторичном рынке – это гарантированная «лотерея», ведь батарея имеет своё количество циклов перезарядки. Безусловно, постепенно возрастает культура обслуживания, и владелец гибрида с радостью поделится с вами необходимой информацией, подсказав, где его обслужить, но куда вы сможете уехать из города? Налоговые льготы тоже обходят стороной владельцев и потенциальных потребителей таких автомобилей, однако

    Вместо послесловия

    Технологии — это всегда хорошо. Разработки новых типов топлива – всегда возможность смотреть в будущее. Главное, чтобы переход на эти технологии был доступен всем и каждому, а инфраструктура позволяла пользоваться таким автомобилем везде, без ограничений. Я допускаю возможность пользования гибридами только при наличии розетки в подземном паркинге, либо при наличии загородного дома, в котором вы сможете установить зарядную станцию. На территории Москвы я видел всего 5 станций для подзарядки гибридов, а гибрид живьём – только в каршеринге. В целом, я прокатился с удовольствием и даже не отказался бы иметь подобный автомобиль для езды по городу. Остальное – дело времени. Вполне возможно, производители смогут развить сферу электромобилей и сделать их доступными. А ещё лучше, перенесут производство в нашу страну, как один японский автопроизводитель. Поживём – увидим.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: