Электродвигатели – это устройства, в которых электрическая энергия превращается в механическую. В основе принципа их действия лежит явление электромагнитной индукции.
Однако способы взаимодействия магнитных полей, заставляющих вращаться ротор двигателя, существенно различаются в зависимости от типа питающего напряжения – переменного или постоянного.
В основе принципа работы электродвигателя постоянного тока лежит эффект отталкивания одноименных полюсов постоянных магнитов и притягивания разноименных. Приоритет ее изобретения принадлежит русскому инженеру Б. С. Якоби. Первая промышленная модель двигателя постоянного тока была создана в 1838 году. С тех пор его конструкция не претерпела кардинальных изменений.
В двигателях постоянного тока небольшой мощности один из магнитов является физически существующим. Он закреплен непосредственно на корпусе машины. Второй создается в обмотке якоря после подключения к ней источника постоянного тока. Для этого используется специальное устройство – коллекторно-щеточный узел. Сам коллектор – это токопроводящее кольцо, закрепленное на валу двигателя. К нему подключены концы обмотки якоря.
Чтобы возник вращающий момент, необходимо непрерывно менять местами полюса постоянного магнита якоря. Происходить это должно в момент пересечения полюсом так называемой магнитной нейтрали. Конструктивно такая задача решается разделением кольца коллектора на секторы, разделенные диэлектрическими пластинами. Концы обмоток якоря присоединяются к ним поочередно.
Чтобы соединить коллектор с питающей сетью используются так называемые щетки – графитовые стержни, имеющие высокую электрическую проводимость и малый коэффициент трения скольжения.
Обмотки якоря не подключены к питающей сети, а посредством коллекторно-щеточного узла соединены с пусковым реостатом. Процесс включения такого двигателя состоит из соединения с питающей сетью и постепенного уменьшения до нуля активного сопротивления в цепи якоря. Электромотор включается плавно и без перегрузок.
Особенности использования асинхронных двигателей в однофазной цепи
Несмотря на то, что вращающееся магнитное поле статора проще всего получить от трехфазного напряжения, принцип действия асинхронного электродвигателя позволяет ему работать и от однофазной, бытовой сети, если в их конструкцию будут внесены некоторые изменения.
Для этого на статоре должно быть две обмотки, одна из которой является «пусковой». Ток в ней сдвигается по фазе на 90° за счет включения в цепь реактивной нагрузки. Чаще всего для этого
Практически полная синхронность магнитных полей позволяет двигателю набирать обороты даже при значительных нагрузках на валу, что и требуется для работы дрелей, перфораторов, пылесосов, «болгарок» или полотерных машин.
Если в питающую цепь такого двигателя включен регулируемый , то частоту его вращения можно плавно менять. А вот направление, при питании от цепи переменного тока, изменить не удастся никогда.
Такие электромоторы способны развивать очень высокие обороты, компактны и имеют больший вращающий момент. Однако наличие коллекторно-щеточного узла снижает их моторесурс – графитовые щетки достаточно быстро истираются на высоких оборотах, особенно если коллектор имеет механические повреждения.
Электродвигатели имеют самый большой КПД (более 80 %) из всех устройств, созданных человеком. Их изобретение в конце XIX века вполне можно считать качественным цивилизационным скачком, ведь без них невозможно представить жизнь современного общества, основанного на высоких технологиях, а чего-либо более эффективного пока еще не придумано.
Синхронный принцип работы электродвигателя на видео
Конструкции электромагнитных двигателей только получают известность, широко они не используются. По сей день тема вечного двигателя будоражит конструкторов во всём мире. Стоимость электроэнергии довольно низкая, если сравнивать с бензином или соляркой. Каждый человек желает иметь под рукой вечное устройство, которое будет работать, не требуя ухода и большого количества топлива. Двигатели с электромагнитными клапанами (внутреннего сгорания) работают более эффективно, но добиться высокого КПД и снизить расходы на энергоносители все равно не получается.
В качестве основы для своих конструкций инженеры выбирают постоянные магниты. В них имеется огромная энергия, которой нужно только уметь воспользоваться. Двигатели, изготовленные по таким технологиям, довольно просты в производстве. Но вот выжать максимальное количество энергии вряд ли сможет каждый в домашних условиях. На то есть множество причин, главная - сложность конструкций.
Энергия постоянных магнитов
Каждый постоянный магнит обладает очень сильным полем, у которого высокая энергетика. Поэтому многие разработчики электромагнитных двигателей пытаются преобразовать магнитное поле в механическую энергию, заставляя непрерывно вращаться ротор. Для сравнения:
- Во время сгорания уголь способен выделить примерно 33 Дж/г энергии.
- У нефти этот показатель 44 Дж/г.
- У радиоактивного урана — 43 млрд Дж/г.
В теории постоянный магнит может выделить около 17 млрд Джоулей на каждый грамм (а это примерно треть от аналогичного параметра урана). Вот только коэффициент полезного действия у магнита не будет равен 100 %. Ресурс магнитов на основе феррита - не более 70 лет. Но это при том, что на него не воздействуют большие перепады температуры, физическая и магнитная нагрузки. Конечно, не заменит бензиновый агрегат V8 электромагнитный двигатель, но вот на легкой технике он может использоваться.
Промышленностью на данный момент выпускаются магниты, которые изготавливаются из редких металлов. Они в десятки раз мощнее, нежели простые ферритовые. Следовательно, эффективность их использования намного выше. Если такой постоянный магнит потеряет свою силу, то его запросто можно заново зарядить. Для этого достаточно воздействовать на него магнитным полем с большой силой. Они могут применяться в двигателях с электромагнитными клапанами. В них отсутствует распределительный вал, его функции берет на себя электроника.
Патенты на электромагнитные машины
Многие инженеры уже запатентовали свои конструкции двигателей. Но вот только реализовать работоспособный вечный двигатель ещё никто не смог. Такие устройства ещё не освоены, редко внедряются в технику, встретить в продаже их вряд ли получится. Намного чаще используются электромагнитные клапаны (дизельные двигатели работают под управлением электроники стабильнее и способны выдать большую мощность). Некоторые конструкторы уверены, что до серийного выпуска не доводятся электромагнитные двигатели, потому что все разработки засекречиваются. И большинство проблем в таких двигателях до сих пор не решены полностью.
Краткий обзор известных конструкций
Среди большого количества конструкций магнитных двигателей можно выделить следующие:
- Двигатели магнитного типа Калинина. Конструкция полностью неработоспособна, так как не доведен до ума механизм пружинного компенсатора.
- Магнитно-механический мотор конструкции Дудышева. Если произвести грамотную доводку, то такие двигатели могут работать практически вечно.
- «Перендев» — электромагнитные моторы, выполненные по классической схеме. На роторе устанавливается компенсатор, но он не способен работать без коммутации при прохождении мёртвой точки. А чтобы ротор проходил мертвую точку удержания, можно выполнить коммутацию двумя вариантами — с помощью электромагнита и механического устройства. Такая конструкция не может претендовать на звание «вечный двигатель». Да и у простого асинхронного двигателя электромагнитный момент окажется значительно выше.
- Электромагнитные двигатели конструкции Минато. Выполненный по классической схеме, представляет собой обычный электромагнитный мотор, у которого очень высокий коэффициент полезного действия. С учётом того, что конструкция не может достичь КПД в 100 %, она не работает как «вечный двигатель».
- Моторы Джонсона являются аналогами «Перендев», но у них меньше энергетика.
- Мотор-генераторы Шкондина представляют собой конструкцию, которая работает при помощи силы магнитного отталкивания. Компенсаторы в моторах не используются. Не способны работать в режиме «вечного двигателя», коэффициент полезного действия не более 80 %. Конструкция очень сложная, так как в ней присутствуют коллектор и щеточный узел.
- Наиболее совершенным механизмом является мотор-генератор конструкции Адамса. Это очень известная конструкция, работает по такому же принципу, как и мотор Шкондина. Вот только в отличие от последнего, отталкивание происходит от торца электромагнита. Конструкция устройства намного проще, нежели у Шкондина. Коэффициент полезного действия может составлять 100 %, но в том случае, если производить коммутацию обмотки электромагнита при помощи короткого импульса с высокой интенсивностью от конденсатора. В режиме «вечного двигателя» работать не может.
- Электромагнитный двигатель обратимого типа. Магнитный ротор находится снаружи, внутри установлен статор из электромагнитов. Коэффициент полезного действия приближается к 100 %, так как магнитопровод разомкнут. Такой электромагнитный соленоидный двигатель способен работать в двух режимах - мотора и генератора.
Другие конструкции
Существует множество других конструкций, в том числе и работоспособных, но они построены по вышеприведенным схемам. Двигатель-генераторы электромагнитного типа получают огромную популярность среди энтузиастов, причём некоторые конструкции уже были внедрены в серийный выпуск. Но это, как правило, самые простые механизмы. На электровелосипедах в последнее время часто применяется мотор-колесо конструкции Шкондина. Но для нормальной работы любого электромагнитного мотора необходимо наличие источника энергии. Даже электромагнитный соленоидный двигатель не сможет работать без дополнительного питания.
Без аккумулятора обойтись не могут такие механизмы. Обязательно требуется запитать обмотку электромагнита для того, чтобы создать поле и раскрутить ротор до минимальной частоты. По сути, получается электромагнитный двигатель постоянного тока, который способен осуществлять рекуперацию энергии. Другими словами, мотор работает только при разгоне, а при торможении он переводится в режим генератора. Такими особенностями обладают любые электромобили, которые можно встретить в продаже. У некоторых попросту отсутствует система торможения как таковая, функции колодок выполняют двигатели, работающие в режиме генератора. Чем больше нагрузка на обмотке, тем сильнее будет сила противодействия.
Конструкция электромагнитного двигатель-генератора
Устройство состоит из таких узлов:
- Магнитный двигатель. На роторе находится постоянный магнит, а она статоре - электрический.
- Генератор электромеханического типа, расположенный на том же месте, что и двигатель.
Статорные электромагниты статического типа выполняются на магнитопроводе в форме кольца и вырезанными сегментами.
В конструкции также имеется индуктивная катушка и коммутатор, позволяющий осуществить в ней реверс тока. Постоянный магнит устанавливается на роторе. Обязательно должен быть двигатель с электромагнитной муфтой, с ее помощью ротор соединяется с валом генератора. Обязательно в конструкции должен быть автономный инвертор, который выполняет функцию простейшего регулятора.
Используется схема простейшего мостового автономного инвертора, соединяется он с выходом индуктивной обмотки электрического магнита. Вход питания подключается к аккумуляторной батарее. Электромагнитный генератор соединяется либо с обмоткой, либо же при помощи выпрямителя с аккумуляторной батареей.
Электронный коммутатор мостового типа
Самая простая конструкция электронного коммутатора выполняется на четырех силовых ключах. В каждом плече мостовой схемы присутствует по два мощных транзистора, столько же электронных ключей с односторонней проводимостью. Напротив ротора магнитного двигателя размещается два датчика, которые контролируют положение постоянного магнита на нем. Располагаются они как можно ближе от ротора. Функции этого датчика выполняет простейший прибор, который способен работать под воздействием магнитного поля — геркон.
Датчики, считывающие положение постоянного магнита на роторе, размещаются следующим образом:
- Первый находится у торца соленоида.
- Второй расположен со сдвигом в 90 градусов.
Выходы датчиков подключаются к логическому устройству, которое усиливает сигнал, а затем подает его на входы управления полупроводниковых транзисторов. С помощью подобных цепей работает и электромагнитный клапан остановки двигателя внутреннего сгорания.
На обмотках электрического генератора установлена нагрузка. В цепях питания катушки и коммутатора есть элементы, предназначенные для управления и защиты. При помощи автоматического переключателя можно произвести отключение аккумуляторной батареи, чтобы вся машина перешла на питание от электрического генератора (автономный режим).
Особенности конструкции магнитного двигателя
Если сравнивать с аналогичными устройствами, то вышеприведенная конструкция имеет следующие особенности:
- Используются очень экономичные электромагниты.
- На роторе располагается постоянный магнит, который вращается внутри дугового электромагнита.
В зазорах электромагнита постоянно изменяется полярность. Ротор изготавливается из немагнитных материалов, причём желательно, чтобы он был тяжёлым. Он выполняет функцию инерционного маховика. А вот в конструкции электромагнитного клапана остановки двигателя необходимо использовать сердечник из магнитных материалов.
Расчет электромагнита
Чтобы провести примерный расчёт электрического магнита, необходимо задать тяговое усилие, которое требуется для мотора. Допустим, требуется произвести расчёт электрического магнита с тяговым усилием 100 Н (10 кг). Теперь после этого можно рассчитать параметры конструкции электромагнита, если зазор его составляет 10-20 мм. Тяговая сила, которая развивается электромагнитом, считается так:
- Перемножаются индукция в воздушном зазоре и площадь полюса. Индукция измеряется в Теслах, площадь - в квадратных метрах.
- Полученное значение необходимо разделить на значение магнитной проницаемости воздуха. Оно равно 1,256 х 10^-6 Гн/м.
Если задать индукцию 1,1 Тл, то можно вычислить площадь сечения магнитопровода:
- Тяговая сила умножается на магнитную проницаемость воздуха.
- Полученное значение необходимо разделить на квадрат индукции в зазоре.
Для трансформаторной стали, которая используется в магнитопроводах, индукция в среднем равна 1,1 Тл. Используя кривую намагничивания низкоуглеродистой стали, можно определить среднее значение напряженности магнитного поля. Если правильно сконструировать электрический магнит, то вы достигнете максимальной силы потока. Причём электропотребление обмотки будет минимальным.
Параметры постоянных магнитов
Чтобы изготовить электромагнитный двигатель своими руками, потребуется подобрать все компоненты. И самое главное — это постоянные магниты. У них имеется три основных характеристики:
- Остаточная магнитная индукция, которая позволяет определить величину потока. В том случае, когда на генераторе установлены постоянно магниты с очень большой индукцией, пропорционально будет увеличиваться напряжение на выходе обмоток. Следовательно, повышается мощность генераторной установки.
- Энергетическое произведение позволяет «пробивать» потоком воздушные зазоры. Чем больше величина энергетического произведения, тем меньше размеры всей системы.
- Коэрцитивная сила определяет значение магнитного напряжения. При использовании в генераторах магнитов с большой коэрцитивной силой поле без труда преодолеет любой воздушный зазор. Если витков в статоре очень много, то без лишних энергозатрат будет поддерживаться ток.
Виды постоянных магнитов
Для остановы двигателя электромагнитный клапан необходимо запитывать от мощного источника. Либо же можно применять сильные магниты. Поэтому желательно такие конструкции применять на мощной технике. А чтобы самостоятельно изготовить мотор-генератор, желательно использовать ферритовые или неодимовые магниты. Характеристики постоянных магнитов:
- Феррит-бариевые: индукция в воздушном зазоре на уровне 0,2-0,4 Тл; энергетическое произведение 10-30 кДж/куб. м; коэрцитивная сила 130-200 кА/м. Стоимость от 100 до 400 руб. за килограмм. Рабочая температура не более 250 градусов.
- Феррит-стронциевые: индукция в воздушном зазоре на уровне 0,35-0,4 Тл; энергетическое произведение 20-30 кДж/куб. м; коэрцитивная сила 230-250 кА/м. Стоимость от 100 до 400 руб. за килограмм. Рабочая температура не более 250 градусов.
- Неодимовые магниты: индукция в воздушном зазоре на уровне 0,8-1,4 Тл; энергетическое произведение 200-400 кДж/куб. м; коэрцитивная сила 600-1200 кА/м. Стоимость от 2000 до 3000 руб. за килограмм. Рабочая температура не более 200 градусов.
Вдвое дешевле бариевые постоянные магниты, нежели неодимовые. Но габариты генераторов на таких магнитах намного больше. По этой причине лучше всего использовать в самодельных электромагнитных моторах неодимовые магниты. Двигатель с электромагнитным тормозом, выполненный из таких материалов, сможет намного больше восстанавливать энергии при остановке.
Шторочные двигатели
Генераторы, оснащенные электромагнитами переменного тока, могут быть выполнены и по другой схеме. Можно также с успехом использовать электрические магниты постоянного тока. Причём нет необходимости устанавливать коммутатор и устройство для переполюсовки торцов в зазорах с помощью реверса тока. Такими действиями можно существенно упростить всю силовую часть и управление магнитным двигателем.
Но придётся установить магнитный экран, который будет коммутироваться механическим способом. Обязательно требуется синхронно экранировать магнитные полюса на статоре и роторе в нужный в момент времени. Мощность электромагнитного двигателя от этого не пострадает, так как потерь при механической регулировке практически не будет. Работа двигателя с механической регулировкой происходит таким же образом, как и с электронной.
Шторочный двигатель Дудышева
На статоре установлен неподвижный кольцевой электромагнит, на котором имеется обмотка. Между магнитопроводом и ротором присутствует небольшой зазор. На роторе располагается постоянный магнит и шторки. Это магнитные экраны, они расположены с внешней стороны и вращаются независимо от ротора. На валу двигателя находится маховик и стартер-генератор. На электромагните статора располагается обмотка, которая соединяется посредством выпрямителя со стартер-генератором.
Запуск такой конструкции осуществляется при помощи стартера, который находится на одном валу с мотором. После того, как запустится электродвигатель и он выйдет в нормальный режим работы, стартер начинает работать как генератор, то есть, вырабатывает напряжение. Шторки перемещаются на диске при повороте ротора максимально синхронно. При этом обеспечивается циклическая экранировка одноименных полюсов электромагнита.
Другими словами, обязательно нужно обеспечить при помощи различных технических средств такое перемещение диска со шторками и ротора, чтобы экраны располагались между одноименными полюсами неподвижного электрического магнита и постоянного на роторе. Возможности работы электрического магнитного двигателя в установившемся режиме:
- Когда ротор вращается принудительно, имеется возможность вырабатывать электроэнергию при помощи генератора.
- Если присоединить к нему индуктивную обмотку, то машина переводится в режим мотор-генератора. При этом передается вращение на совмещённый вал, работа электромагнитного двигателя происходит в двух режимах.
Простейшая конструкция мотор-генератора
Момент электромагнитного двигателя может быть практически любым. Если реализовать простейшую конструкцию с малой мощностью, то сделать это можно с помощью обычного электрического счётчика. Правда, такие конструкции уже не используются для контроля потребления электроэнергии. Но найти их можно. Дисковый электросчетчик — это уже готовый механизм двигателя. В нём имеется:
- Электрический магнит с индуктивной обмоткой.
- Ротор из немагнитного материала.
Отсутствуют только постоянные магниты на роторе и коммутатор. Зазор между нижней и верхней частями магнитопровода сравнительно маленький. Благодаря этому получается повысить момент вращения. Но обязательно необходимо, чтобы зазор в магнитопроводе был достаточным, чтобы в нём проходил ротор с постоянными магнитами.
Желательно применять от 3 до 6 мощных магнитов, высота должна быть не больше 10 мм. Крепить на роторе необходимо их как можно жестче, используя специальные обоймы из немагнитных материалов. Коммутатор выполняется в виде инвертора мостового типа, соединяется с выходом обмотки электрического магнита. При запуске двигателя питание производится от аккумулятора.
Электромагнитные двигатели - это устройства, которые работают по принципу индукции. Некоторые люди называют их электромеханическими преобразователями. Побочным эффектом данных устройств считается обильное выделение тепла. Существуют модели постоянного и переменного типа.
Также устройства различают по типу ротора. В частности, есть короткозамкнутые и фазные модификации. Сфера применения электромагнитных двигателей очень широкая. Встретить их можно в бытовых приборах, а также промышленных агрегатах. Активно используются они и в самолетостроении.
Схема двигателя
Схема электромагнитного двигателя включает в себя статор, а также ротор. Коллекторы, как правило, применяются щеточного типа. Ротор состоит из вала, а также наконечника. Для охлаждения системы часто устанавливаются вентиляторы. Для свободного вращения вала имеются роликовые подшипники. Также существуют модификации с магнитопроводами, которые являются неотъемлемой частью статора. Над ротором располагается контактное кольцо. В мощных модификациях используется втягивающее реле. Непосредственно подача тока осуществляется через кабель.
Принцип работы двигателя
Как говорилось ранее, принцип действия построен на При подключении модели образуется магнитное поле. Затем на обмотке возрастает напряжение. Под силой действия магнитного поля в действие приводится ротор. Частота вращения устройства в первую очередь зависит от количества магнитных полюсов. Коллектор в данном случае играет роль стабилизатора. Подача тока в цепь происходит через статор. Также важно отметить, что для защиты двигателя используются кожухи и уплотнители.
Как сделать своими руками?
Сделать обычный электромагнитный двигатель своими руками довольно просто. В первую очередь следует заняться ротором. Для этого придется найти металлический стержень, который будет играть роль вала. Также потребуется два мощных магнита. На статоре должна находиться обмотка. Далее останется лишь установить щеточный коллектор. Электромагнитные двигатели-самоделки подсоединяются к сети через проводник.
Модификации для машин
Электромагнитные изготавливаются только коллекторного типа. Мощность их в среднем составляет 40 кВт. В свою очередь, параметр номинального тока равняется 30 А. Статоры в данном случае используются двухполюсные. У некоторых модификаций имеется Для охлаждения системы применяются вентиляторы.
Также в устройствах предусмотрены специальные отверстия для циркуляции воздуха. Роторы в двигателях устанавливаются с металлическими сердечниками. Для защиты вала используются уплотнители. Статор в данном случае находится в кожухе. Электромагнитные двигатели для машин с втягивающими реле встречаются редко. В среднем диаметр вала не превышает 3.5 см.
Устройства для самолетов
Работа двигателей данного типа построена на принципе электромагнитной индукции. Для этого статоры применяются трехполюсного типа. Также электромагнитные двигатели летательных аппаратов включают в себя бесщеточные коллекторы. Клеммные коробки в устройствах располагаются над контактными кольцами. Неотъемлемой частью статора является якорь. Вал вращается благодаря роликовым подшипникам. У некоторых модификаций применяются щеткодержатели. Также важно упомянуть о различных типах клеммных коробок. В данном случае многое зависит о мощности модификации. Электромагнитные двигатели для самолетов с целью охлаждения оборудуются вентиляторами.
Двигатели-генераторы
Электромагнитные двигатели-генераторы выпускаются со специальными бендиксами. Также схема устройства включает в себя втягивающие реле. Для запуска ротора применяются сердечники. Статоры в устройствах используются двухполюсного типа. Непосредственно вал у них крепится на роликовых подшипниках. У большинства двигателей имеется резиновая заглушка. Таким образом, ротор изнашивается медленно. Еще есть модификации с щеткодержателями.
Модели с короткозамкнутым ротором
Электромагнитный двигатель с короткозамкнутым ротором часто устанавливается в бытовых приборах. Мощность моделей в среднем равняется 4 кВт. Непосредственно статоры используются двухполюсного типа. Роторы крепятся в задней части двигателя. Вал у моделей применяется небольшого диаметра. На сегодняшний день чаще всего выпускаются асинхронные модификации.
Клеммные коробки в устройствах отсутствуют. Для подачи тока используются специальные полюсные наконечники. Также схема двигателя включает в себя магнитопроводы. Крепятся они возле статоров. Еще важно отметить, что выпускаются устройства с щеткодержателями и без них. Если рассматривать первый вариант, то в данном случае устанавливаются специальные Таким образом, статор ограждается от магнитного поля. Устройства без щеткодержателя имеют уплотнитель. Бендиксы в двигателях устанавливаются за статором. Для их фиксации применяются шпонки. Недостатком данных устройств считается быстрый износ сердечника. Возникает он из-за повышенной температуры в двигателе.
Модификации с фазным ротором
Электромагнитный двигатель с фазным ротором устанавливается на станки и часто используется в тяжелой промышленности. Магнитопроводы в данном случае имеются с якорями. Отличительной чертой устройств принято считать большие валы. Непосредственно напряжение на обмотку подается через статор. Для вращения вала используется щеткодержатель. В некоторых из них установлены контактные кольца. Также важно отметить, что мощность моделей в среднем составляет 45 кВт. Непосредственно питание двигателей может осуществляться только от сети с переменным током.
Коллекторный электромагнитный двигатель: принцип работы
Коллекторные модификации активно применяются для электроприводов. Принцип действия у них довольно простой. После подачи напряжения в цепь задействуется ротор. запускает процесс индукции. Возбуждение обмотки заставляет вал ротора вращаться. Тем самым приводится в действие диск устройства. Для уменьшения силы трения используются подшипники. Также важно отметить, что в моделях устанавливаются щеткодержатели. В задней части устройств часто имеется вентилятор. Для того чтобы вал не терся об уплотнитель, применяется защитное кольцо.
Бесколлекторные модификации
Бесколлекторные модификации в наше время не являются распространенными. Используются они для вентиляционных систем. Отличительной их особенностью считается бесшумность. Однако следует учитывать, что модели выпускаются небольшой мощности. В среднем указанный параметр не превышает 12 кВт. Статоры в них часто устанавливаются двухполюсного типа. Валы используются короткие. Для ограждения ротора применяются специальные уплотнители. Иногда двигатели заключаются в кожух, у которого имеются вентиляционные каналы.
Модели с независимым возбуждением
Модификации данного типа отличаются клеммными магнитопроводами. В данном случае устройства работают в сети только с переменным током. Непосредственно напряжение в первую очередь подается на статор. Роторы у моделей изготавливаются с коллекторами. У некоторых модификаций мощность достигает 55 кВт.
По типу якорей устройства отличаются. Щеткодержатели часто устанавливаются на стопорном кольце. Также важно отметить, что коллекторы в устройствах используются с уплотнителями. Диски в данном случае располагаются за статорами. У многих двигателей бендиксы отсутствуют.
Схема двигателя с самовозбуждением
Электромагнитные двигатели данного типа способны похвастаться высокой мощностью. В данном случае обмотки имеются высоковольтного типа. Подача напряжения происходит через клеммные контакты. Непосредственно ротор крепится за щеткодержателем. Уровень рабочего тока в устройствах составляет 30 А. В некоторых модификациях применяются якоря с щеткодержателями.
Также есть устройства с однополюсными статорами. Непосредственно вал находится в центре двигателя. Если рассматривать устройства большой мощности, то у них применяются вентилятор для охлаждения системы. Также на кожухе располагаются небольшие отверстия.
Модели с параллельным возбуждением
Электромагнитные двигатели данного типа изготавливаются на базе щеточных коллекторов. Якоря в данном случае отсутствуют. Вал в устройствах крепится на роликовых подшипниках. Также для уменьшения силы трения используются специальные лапы. У некоторых конфигураций есть магнитопроводы. Подключаться модели могут только к сети с постоянным током.
Еще важно отметить, что на рынке в основном представлены трехтактные модификации. Щеткодержатели в устройствах выполнены в форме цилиндров. По мощности модели отличаются. В среднем параметр рабочего тока на холостом ходе не превышает 50 А. Для усиления электромагнитного поля применяются роторы с высоковольтной обмоткой. У некоторых конфигураций используются наконечники на магнитопроводах.
Устройства последовательного возбуждения
Принцип работы двигателей данного типа довольно простой. Непосредственно напряжение подается на статор. Далее ток проходит по обмотке ротора. На данном этапе происходит возбуждение первичной обмотки. Вследствие этого приводится в действие ротор. Однако следует учитывать, что работать двигатели способны только в сети с переменным током. Наконечники в данном случае применяются с магнитопроводом.
Некоторые устройства оснащены щеткодержателями. Мощность моделей колеблется от 20 до 60 кВт. Для фиксации вала используются стопорные кольца. Бендиксы в данном случае располагаются в нижней части конструкции. Клеммники отсутствуют. Также важно отметить, что вал устанавливается различного диаметра.
Двигатели смешанного возбуждения
Электромагнитные двигатели данного типа могут использоваться только для приводов. Ротор здесь чаще всего устанавливается с первичной обмоткой. В данном случае показатель мощности не превышает 40 кВт. Номинальная перегрузка системы составляет около 30 А. Статор в устройствах применяется трехполюсного типа. Подключать указанный двигатель можно только в сеть с переменным током. Клеммные коробки у них используются с контактами.
Некоторые модификации оснащены щеткодержателями. Также на рынке представлены устройства с вентиляторами. Уплотнители чаще всего располагаются над статорами. Действуют устройства по принципу электромагнитной индукции. Первичное возбуждение осуществляется на магнитопроводе статора. Также важно отметить, что в устройствах применятся высоковольтная обмотка. Для фиксации вала используются защитные кольца.
Устройства переменного тока
Схема модели данного типа включает статор двухполюсного типа. В среднем мощность устройства равняется 40 кВт. Ротор здесь применяется с первичной обмоткой. Также есть модификации, у которых имеются бендиксы. Устанавливаются они у статора и играю роль стабилизатора электромагнитного поля.
Для вращения вала применяется ведущая шестерня. В данном случае лапы устанавливаются для уменьшения силы трения. Также используются полюсные наконечники. Для защиты механизма применяются кожухи. Магнитопроводы у моделей устанавливаются лишь с якорями. В среднем рабочий ток в системе поддерживается на уровне 45 А.
Синхронные устройства
Схема включает в себя двухполюсный статор, а также щеточный коллектор. В некоторых устройствах применяется магнитопровод. Если рассматривать бытовые модификации, то в них используются щеткодержатели. В среднем параметр мощности составляет 30 кВт. Устройства с вентиляторами встречаются редко. У некоторых моделей применяются зубчатые передачи.
Для охлаждения двигателя на кожухе имеются вентиляционные отверстия. В данном случае стопорное кольцо устанавливается у основания вала. Обмотка используется низковольтного типа. Принцип работы синхронной модификации построен на индукции электромагнитного поля. Для этого в статоре устанавливаются магниты разной мощности. При возбуждении обмотки вал начинается вращаться. Однако частотность у него невысокая. Мощных модели имеют коллекторы с реле.
Схема асинхронного двигателя
Асинхронные модели являются компактными и часто используются в бытовых приборах. Однако в тяжелой промышленности они также являются востребованными. В первую очередь следует отметить их защищенность. Роторы в устройствах применяются только однополюсного типа. Однако статоры устанавливаются с магнитопроводами. В данном случае обмотка применяется высоковольтного типа. Для стабилизации электромагнитного поля есть бендикс.
Крепится он в устройстве благодаря шпонке. Втягивающее реле в них располагается за якорем. Вал устройства вращается на специальных роликовых подшипниках. Также важно отметить, что есть модификации с бесщеточными коллекторами. Используются они в основном для приводов различной мощности. Сердечники в данном случае установлены удлиненные, и располагаются они за магнитопроводами.
Мечты о вечном двигателе не дают людям покоя уже сотни лет. Особенно остро этот вопрос стал сейчас, когда мир не на шутку обеспокоен надвигающимся энергетическим кризисом. Наступит он или нет - вопрос другой, но однозначно сказать можно лишь то, что вне зависимости от этого человечество нуждается в решениях энергетической проблемы и поиске альтернативных источников энергии.
Что такое магнитный двигатель
В научном мире вечные двигатели разделяют на две группы: первого и второго вида. И если с первыми относительно всё ясно - это скорее элемент фантастических произведений, то второй очень даже реален. Начнём с того, что двигатель первого вида - это своего рода утопичная штука, способная извлекать энергию из ничего. А вот второй тип основан на вполне реальных вещах. Это попытка извлечения и использования энергии всего, что нас окружает: солнце, вода, ветер и, безусловно, магнитное поле.
Многие учёные разных стран и в разные эпохи пытались не только объяснить возможности магнитных полей, но и реализовать некое подобие вечного двигателя, работающего за счёт этих самых полей. Интересно то, что многие из них добились вполне впечатляющих результатов в этой области. Такие имена, как Никола Тесла, Василий Шкондин, Николай Лазарев хорошо известны не только в узком кругу специалистов и приверженцев создания вечного двигателя.
Особый интерес для них составляли постоянные магниты, способные возобновлять энергию из мирового эфира. Безусловно, доказать что-либо значимое пока никому на Земле не удалось, но благодаря изучению природы постоянных магнитов человечество имеет реальный шанс приблизиться к использованию колоссального источника энергии в виде постоянных магнитов.
И хотя магнитная тема ещё далека от полного изучения, существует множество изобретений, теорий и научно обоснованных гипотез в отношении вечного двигателя. При этом есть немало впечатляющих устройств, выдаваемых за таковые. Сам же двигатель на магнитах уже вполне себе существует, хотя и не в том виде, в котором нам бы хотелось, ведь по прошествии некоторого времени магниты всё равно утрачивают свои магнитные свойства. Но, несмотря на законы физики, учёные мужи смогли-таки создать нечто надёжное, что работает за счёт энергии, вырабатываемой магнитными полями.
На сегодня существует несколько видов линейных двигателей, которые отличаются по своему строению и технологии, но работают на одних и тех же принципах . К ним относятся:
- Работающие исключительно за счёт действия магнитных полей, без устройств управления и без потребления энергии извне;
- Импульсного действия, которые уже имеют и устройства управления, и дополнительный источник питания;
- Устройства, объединяющие в себе принципы работы обоих двигателей.
Устройство магнитного двигателя
Конечно, аппараты на постоянных магнитах не имеют ничего общего с привычным нам электродвигателем. Если во втором движение происходит за счёт электротока, то магнитный, как понятно, работает исключительно за счёт постоянной энергии магнитов. Состоит он из трёх основных частей:
- Сам двигатель;
- Статор с электромагнитом;
- Ротор с установленным постоянным магнитом.
На один вал с двигателем устанавливается электромеханический генератор. Статический электромагнит, выполненный в виде кольцевого магнитопровода с вырезанным сегментом или дугой, дополняет эту конструкцию. Сам электромагнит дополнительно оснащён катушкой индуктивности. К катушке подключён электронный коммутатор, за счёт чего подаётся реверсивный ток. Именно он и обеспечивает регулировку всех процессов.
Принцип работы
Так как модель вечного магнитного двигателя, работа которого основана на магнитных качествах материала, далеко не единственная в своем роде, то и принцип работы разных двигателей может отличаться. Хотя при этом используются, безусловно, свойства постоянных магнитов.
Из наиболее простых можно выделить антигравитационный агрегат Лоренца. Принцип его работы заключается в двух разнозаряженных дисках, подключаемых к источнику питания. Диски помещены наполовину в экран полусферической формы. Далее их начинают вращать. Магнитное поле легко выталкивается подобным сверхпроводником.
Простейший же асинхронный двигатель на магнитном поле придуман Теслой. В основе его работы лежит вращение магнитного поля, которое производит из него электрическую энергию. Одна металлическая пластина помещается в землю, другая - повыше неё. К одной стороне конденсатора подключают провод, пропущенный через пластину, а ко второй - проводник от основания пластины. Противоположный полюс конденсатора подключается к массе и выполняет роль резервуара для отрицательно заряжённых зарядов.
Единственным рабочим вечным двигателем считают роторное кольцо Лазарева. Он крайне прост по своему строению и реализуем в домашних условиях своими руками . Выглядит он как ёмкость, поделённая пористой перегородкой на две части. В саму перегородку строена трубка, а ёмкость заполняется жидкостью. Предпочтительнее использовать легколетучую жидкость наподобие бензина, но можно и простую воду.
С помощью перегородки жидкость попадает в нижнюю часть ёмкости и давлением выдавливается по трубке наверх. Само по себе устройство реализует лишь вечное движение. А вот для того, чтобы это стало уже вечным двигателем, необходимо под капающую из трубки жидкость установить колесо с лопастями, на которых будут располагаться магниты. В результате образовавшееся магнитное поле будет всё быстрее вращать колесо, в результате чего ускорится поток жидкости и магнитное поле станет постоянным.
А вот линейный двигатель Шкодина произвел действительно ощутимый рывок в прогрессе. Эта конструкция крайне проста технически, но одновременно имеет высокую мощность и производительность. Такой «движок» ещё называют «колесо в колесе» . Уже сегодня оно используется в транспорте. Здесь имеют место две катушки, внутри которых находятся ещё две катушки. Таким образом, образуется двойная пара с разными магнитными полями. За счёт этого они отталкиваются в разные стороны. Подобное устройство можно купить уже сегодня. Они часто используются на велосипедах и инвалидных колясках.
Двигатель Перендева работает только лишь на магнитах. Здесь используются два круга, один из которых статичный, а второй динамичный. На них в равной последовательности расположены магниты. За счёт самоотталкивания внутреннее колесо может вращаться бесконечно.
Ещё одним из современных изобретений, нашедших применение, можно назвать колесо Минато. Это устройство на магнитном поле японского изобретателя Кохея Минато, который довольно широко используется в различных механизмах.
Основными из достоинств этого изобретения можно назвать экономичность и бесшумность. Он также и прост: на роторе располагаются под разными к оси углами магниты. Мощный импульс на статор создаёт так называемую точку «коллапса», а стабилизаторы уравновешивают вращение ротора. Магнитный двигатель японского изобретателя, схема которого крайне проста, работает без выработки тепла, что пророчит ему большое будущее не только в механике, но и в электронике.
Существуют и другие устройства на постоянных магнитах, как колесо Минато. Их достаточно много и каждый из них по-своему уникален и интересен. Однако своё развитие они лишь начинают и находятся в постоянной стадии разработки и совершенствования.
Безусловно, столь увлекательная и загадочная сфера, как магнитные вечные двигатели, не может интересовать только учёных. Многие любители также вносят свою лепту в развитие этой отрасли. Но здесь вопрос скорее в том, можно ли сделать магнитный двигатель своими руками, не имея каких-то особых знаний.
Простейший экземпляр, который не раз был собран любителями, выглядит как три плотно соединённых между собой вала, один из которых (центральный) повёрнут прямо относительно двух других, располагаемых по бокам. К середине центрального вала прикрепляется диск из люцита (акрилового пластика) диаметром 4 дюйма. На два других вала устанавливают аналогичные диски, но в два раза меньше. Сюда же устанавливают магниты: 4 по бокам и 8 посередине. Чтобы система лучше ускорялась, можно в качестве основания использовать алюминиевый брусок.
Плюсы и минусы магнитных двигателей
Плюсы:
- Экономия и полная автономия;
- Возможность собрать двигатель из подручных средств;
- Прибор на неодимовых магнитах достаточно мощный, чтобы обеспечить энергией 10 кВт и выше жилой дом;
- Способен на любой стадии износа выдавать максимальную мощность.
Минусы:
Магнитные линейные двигатели сегодня стали реальностью и имеют все шансы заменить привычные нам моторы других видов. Но сегодня это ещё не совсем доработанный и идеальный продукт, способный конкурировать на рынке, но имеющий довольно высокие тенденции.
Такой тип электродвигателя является самым простым. В основе его работы – магнитное действие тока. Основным элементом в нем является катушка, которая, при пропускании по ней тока, втягивает плунжер. Его движения с помощью разных устройств преобразуются во вращение вала.
Если есть желание сделать такой двигатель, то нужно запастись: большим колесиком от какой-либо игрушки (например, машинки); ручкой; болтом, у которого диаметр стержня не превышает внутренний диаметр ручки (можно заменить гвоздем); винной пробкой; шурупами; скрепками; проволокой из стали диаметром 1,3 и 3,8 мм; электропроводом (по длине – метр); проволокой из мели, на которой имеется изоляция (сечение 0,4 мм); 12-вольтным блоком питания; плоским бруском из дерева, на котором будет монтироваться двигатель.
При изготовлении поделки пользуются инструментами: плоскогубцами; отвертками; штангенциркулем; круглогубцами; ножовкой; сверлами диаметром 3,8 и 1,4 мм; клеевым пистолетом; шуруповертом.
Собирают соленоид. Разбирают ручку, отрезают от нее ножовкой часть, которая имеет резьбу, и еще кусочек длиной 3,5 см. Концы отрезков подравнивают напильником.
Отрезают от винной пробки два диска 5-миллиметровой толщины. Устраивают в их центре отверстия, которыми садят на отрезок ручки без резьбы. Соединения проклеивают. На полученную катушку наматывают медный провод диаметром 0,4 мм. Количество витков – 500…600. Основное условие – все они должны иметь одинаковое направление. Концы провода пропускают через боковинки из пробки. Сверху обмотку закрепляют изолентой.
Изготавливают из гвоздя, болта поршень. Отрезают у них ножовкой головку. Устраивают небольшой пропил в продольном направлении у одного из концов, затем делают у самого конца сквозное отверстие 1,3-миллиметрового диаметра.
Из проволоки диаметром 3,8 мм изготавливают шатун. Ее конец сплющивают до толщины, которая входит в прорезь на конце гвоздя (болта). В ней сверлят сквозное отверстие диаметром 1,3 мм.
Катушку устанавливают у одного края деревянной пластины. Вставляют в нее поршень, к нему, через отверстия крепят плоский конец шатуна.
Коленчатый вал изготавливают из проволоки 3,8-миллиметрового диаметра. Колено на ней делают, отступая треть длины от конца. Его опирают на две ножки, сделанные из проволоки диаметром 1,4 мм. Располагают на противоположном, относительно катушки, конце деревянной пластинки и поперек ее.
На коленвале располагают колесо от машинки, которое будет выполнять роль маховика. Соединение шатуна и коленчатого вала выполняют с помощью колпачка ручки, в котором устраивают взаимно перпендикулярные сквозные отверстия у концов. Колпачок вначале размещают на колено коленвала, затем к нему крепят шатун.
Из медной жести вырезают контакт. Его размещают на боковой стороне деревянной пластинки, вблизи кончика коленчатого вала. Последний немного изгибают, чтобы он при вращении касался контакта.
Один из проводов от батареи питания подсоединяют к выходу провода из катушки. Второй – к коленвалу со стороны, обратной установке медного контакта. Обеспечивают соединение проводом последнего и второго выхода катушки.
Подключают двигатель к питанию. В катушке, за счет прохождения тока, появляется магнитное поле, которое втягивает поршень вовнутрь. Это приводит во вращение, через шатун, коленчатый вал. Он проворачивается и разрывает контакт с медной пластинкой. Ток в цепи пропадает, катушка лишается магнитного поля и «отпускает» поршень – он, за счет маховика, выходит из катушки.
Коленчатый вал продолжает вращаться, его изогнутый конец касается медной пластинки. Это приводит к замыканию сети, к появлению в катушке опять магнитного поля, которое втягивает поршень. Дальше все повторяется.
