Вентильные реактивные электродвигатели/генераторы имеют следующие достоинства:
Простая конструкцияРотор и статор выполнены в виде пакетов листового магнитомягкого материала. На роторе ВРД отсутствуют обмотки и постоянные магниты. Фазные обмотки находятся только на статоре. Для уменьшения трудоёмкости катушки обмотки статора могут изготавливаться отдельно, а затем надеваться на полюсы статора.
Высокая ремонтопригодностьПростота обмотки якоря повышает ремонтопригодность ВРД/ВРГ, т.к. для ремонта достаточно сменить вышедшую из строя катушку.
Отсутствие механического коммутатораУправление электромеханическим преобразователем электропривода/генератора осуществляется с помощью высокоэффективных силовых полупроводниковых элементов - IGBT или MOSFET (HEXFET) транзисторов, надёжность которых существенно превышает надёжность любых механических деталей, например: коллекторов, щёток, подшипников.
ВРД/ВРГ не содержит постоянных магнитов ни на роторе, ни на статоре, при этом он успешно конкурирует по характеристикам с вентильными электрическими двигателями с постоянными магнитами (ВЭДПМ). В среднем, при одинаковых электрических и весогабаритных характеристиках ВРД/ВРГ имеет в 4 раза меньшую стоимость, значительно большую надёжность, более широкий диапазон частот вращения, более широкий диапазон рабочих температур. Конструктивно, по сравнению с ВЭДПМ, ВРД/ВРГ не имеет ограничения по мощности (практически, мощность ВЭДПМ ограничивается пределом около 20-40 кВТ). ВЭДПМ требуют защиты от металлической пыли, боятся перегрева и сильных электромагнитных полей, в случае короткого замыкания обмотки превращаются в самовозгорающуюся систему. Вентильные реактивные электродвигатели/генераторы свободны от всех этих недостатков.
Малое количество медиНа изготовление ВРД/ВРГ требуется в среднем в 2-3 раза меньше меди, чем для коллекторного электродвигателя такой же мощности, и в 1,3 раза меньше меди, чем для асинхронного электродвигателя.
Tепловыделение происходит в основном только на статоре, при этом легко обеспечивается герметичная конструкция, воздушное или водяное охлаждениеВ большинстве случаев ВРД/ВРГ может быть выполнен с полым ротором. Толщина спинки ротора при этом должна быть не менее половины ширины полюса. Подбором количества полюсов статора и ротора могут быть оптимизированы массогабаритные характеристики электродвигателя/генератора, его мощность при заданном моменте и диапазоне частоты вращения.
Низкая трудоёмкостьПростота конструкции ВРД/ВРГ снижает трудоёмкость его изготовления. В сущности, его можно изготовить даже на не специализирующемся в области электромашиностроения промышленном предприятии. Для серийного производства ВРД/ВРГ требуется обычное механическое оборудование - штампы для изготовления шихтованных сердечников статора и ротора, токарные и фрезерные станки для обработки валов и корпусных деталей. Трудоёмкие и сложные в технологическом отношении операции, например изготовление коллектора и щёток коллекторного электродвигателя или заливка клетки ротора асинхронного двигателя, здесь отсутствуют. По предварительным оценкам трудоёмкость изготовления ЭМП вентильного реактивного электродвигателя составляет на 70% меньше трудоёмкости изготовления коллекторного и на 40% меньше трудоёмкости изготовления асинхронного электродвигателя.
Простота обмотки якоря и отсутствие обмотки и магнитов на роторе обеспечивает ВРД/ВРГ высокую гибкость компоновки. Конструкция электродвигателя/генератора может быть плоской, вытянутой, обращённой, секторной, линейной. Для выпуска целого типоряда электродвигателей/генераторов с различной мощностью можно использовать один и тот же комплект штампов для вырубки ротора и статора, поскольку для увеличения мощности достаточно увеличить соответственно длину набора ротора и статора. Не составляет труда изготовление машины с расположением статора как снаружи ротора, так и наоборот, а также встраивание электроники в корпус машины. Изменение коэффициента электромагнитной редукции позволяет создавать машины для облегчённых и, напротив, тяжёлых условий работы, включая моментные двигатели. Для привода некоторых рабочих машин выгоднее иметь линейные электродвигатели с возвратно-поступательным перемещением зубцового штока (аналога ротора). В ряде случаев может быть использована давно известная, но неэффективная в случае асинхронного электродвигателя конструкция дугостаторной машины, статор которой охватывает доступную для размещения дугу окружности ротора, в качестве которого может использоваться вал с зубчатым колесом.
Простота конструкции обеспечивает ВРД/ВРГ более высокую безотказность, чем безотказность других типов электрических машин. Конструктивная и электрическая независимость фазных обмоток обеспечивает работоспособность ВРД даже в случае полного замыкания полюсной катушки одной из фаз. ВРГ остаётся работоспособным даже после выхода из строя одной или двух фаз.
Широкий диапазон частот вращения (от единиц до сотен тысяч об/мин)Электромагнитная редукция позволяет создавать малогабаритные “моментные” электродвигатели для приводов роботов, манипуляторов и других низкооборотных механизмов или низкооборотные высокоэффективные генераторы для ветровых или волновых электростанций. В то же время частота вращения быстроходных ВРД/ВРГ может превышать 100000 об/мин.
Высокий КПД в широком диапазоне частот вращенияПрактически достижимый КПД вентильного реактивного электродвигателя/генератора мощностью 1 КВт может доходить до 90 % в диапазоне 5-10-кратной перестройки частоты вращения. КПД более мощных электрических машин может достигать 95-98 %.
ВРД часто путают с синхронным реактивным электродвигателем (СРД), обмотки якоря которого питаются синусоидально изменяющимися напряжениями без обратной связи по положению ротора. СРД имеет низкий КПД, который не превышает 50 % для маломощных электродвигателей и до 70 % для мощных электрических машин.
Импульсный характер питания ЭМП обеспечивает удобную стыковку с современной цифровой электроникойПоскольку ВРД/ВРГ питается (возбуждается) однополярными импульсами, для управления ЭМП требуется простой электронный коммутатор. Управляя скважностью импульсов силовых транзисторов электронного коммутатора можно плавно изменять форму импульсов тока фазных обмоток электродвигателя или генератора.
Электронное управление электрическими и механическими характеристиками, режимом работыЕстественная механическая характеристика ВРД/ВРГ определяется реактивным принципом действия электрической машины и близка к гиперболической форме. Основное свойство такой характеристики - постоянство мощности на валу машины - оказывается чрезвычайно полезным для электроприводов с ограниченной мощностью источника, так как при этом легко реализуется условие его неперегружаемости. Применение замкнутой системы управления с обратными связями по скорости и нагрузке позволяет получить механические характеристики любой заданной формы, включая абсолютно жёсткие (астатические), и не ведёт к какому либо усложнению системы управления, так как её процессор обладает большой избыточностью по числу входов и выходов, быстродействию и памяти. Фактически поле доступных механических характеристик непрерывным образом покрывает все четыре квадранта плоскости момент-скорость в пределах области ограничений конкретного электропривода.
Стоимость ВРД оказывается самой низкой из всех известных конструкций электрических машин. Дорогостоящим в рассматриваемой системе электропривода можно считать электронный преобразователь, который является обязательным элементом всех современных регулируемых электроприводов. Однако, цены на изделия силовой электроники по мере развития масштабов производства имеют устойчивую тенденцию к снижению. Исключение из состава ВРД/ВРГ коммутационных аппаратов, для изготовления которых необходима непрерывно дорожающая медь, также способствует уменьшению стоимости.
Наконец, экономическая эффективность ВРД повышается также в результате существенно меньшего расхода электроэнергии, обусловленного высоким КПД электродвигателя и применением наиболее экономичных стратегий управления в динамических режимах работы.
ru-wiki.org
Сечение ВРД с 8 статорными и 6 роторными полюсами 
Сечение ВРД с 6 статорными и 4 роторными полюсами 
Принцип работы ВРД (SRM) Вентильный реактивный электродвигатель (ВРД) — это синхронная машина.
Вентильные реактивные электродвигатели/генераторы имеют следующие достоинства:
Простая конструкцияРотор и статор выполнены в виде пакетов листового магнитомягкого материала.
На роторе ВРД отсутствуют обмотки и постоянные магниты. Фазные обмотки находятся только на статоре. Для уменьшения трудоемкости катушки обмотки якоря могут изготавливаться отдельно, а затем надеваться на полюсы статора. Высокая ремонтопригодностьПростота обмотки якоря повышает ремонтопригодность ВРД/ВРГ, т.к. для ремонта достаточно сменить вышедшую из строя катушку.
Отсутствие механического коммутатораУправление электромеханическим преобразователем электропривода/генератора осуществляется с помощью высокоэффективных силовых полупроводниковых элементов - IGBT или MOSFET (HEXFET) транзисторов, надежность которых существенно превышает надежность любых механических деталей, например: коллекторов, щеток, подшипников.
ВРД/ВРГ не содержит постоянных магнитов ни на роторе, ни на статоре, при этом он успешно конкурирует по характеристикам с вентильными электрическими двигателями с постоянными магнитами (ВЭДПМ). В среднем, при одинаковых электрических и весогабаритных характеристиках ВРД/ВРГ имеет в 4 раза меньшую стоимость, значительно большую надежность, более широкий диапазон частот вращения, более широкий диапазон рабочих температур. Конструктивно, по сравнению с ВЭДПМ, ВРД/ВРГ не имеет ограничения по мощности (практически, мощность ВЭДПМ ограничивается пределом около 20-40 кВТ). ВЭДПМ требуют защиты от металлической пыли, боятся перегрева и сильных электромагнитных полей, в случае короткого замыкания обмотки превращаются в самовозгорающуюся систему. Вентильные реактивные электродвигатели/генераторы свободны от всех этих недостатков.
Малое количество медиВ рабочем режиме не требуется охлаждение ротора. Для охлаждения ВРД/ВРГ достаточно использовать наружную поверхность статора.
Высокие массогабаритные характеристикиВ большинстве случаев ВРД/ВРГ может быть выполнен с полым ротором. Толщина спинки ротора при этом должна быть не менее половины ширины полюса. Подбором количества полюсов статора и ротора могут быть оптимизированы массогабаритные характеристики электродвигателя/генератора, его мощность при заданном моменте и диапазоне частоты вращения.
Низкая трудоемкостьПростота конструкции ВРД/ВРГ снижает трудоемкость его изготовления. В сущности, его можно изготовить даже на не специализирующемся в области электромашиностроения промышленном предприятии. Для серийного производства ВРД/ВРГ требуется обычное механическое оборудование - штампы для изготовления шихтованных сердечников статора и ротора, токарные и фрезерные станки для обработки валов и корпусных деталей. Трудоемкие и сложные в технологическом отношении операции, например изготовление коллектора и щеток коллекторного электродвигателя или заливка клетки ротора асинхронного двигателя, здесь отсутствуют. По предварительным оценкам трудоемкость изготовления ЭМП вентильного реактивного электродвигателя составляет на 70% меньше трудоемкости изготовления коллекторного и на 40% меньше трудоемкости изготовления асинхронного электродвигателя.
Простота обмотки якоря и отсутствие обмотки и магнитов на роторе обеспечивает ВРД/ВРГ высокую гибкость компоновки. Конструкция электродвигателя/генератора может быть плоской, вытянутой, обращенной, секторной, линейной. Для выпуска целого типоряда электродвигателей/генераторов с различной мощностью можно использовать один и тот же комплект штампов для вырубки ротора и статора, поскольку для увеличения мощности достаточно увеличить соответственно длину набора ротора и статора. Не составляет труда изготовление машины с расположением статора как снаружи ротора, так и наоборот, а также встраивание электроники в корпус машины. Изменение коэффициента электромагнитной редукции позволяет создавать машины для облегченных и, напротив, тяжелых условий работы, включая моментные двигатели. Для привода некоторых рабочих машин выгоднее иметь линейные электродвигатели с возвратно-поступательным перемещением зубцового штока (аналога ротора). В ряде случаев может быть использована давно известная, но неэффективная в случае асинхронного электродвигателя конструкция дугостаторной машины, статор которой охватывает доступную для размещения дугу окружности ротора, в качестве которого может использоваться вал с зубчатым колесом.
На рисунках ниже приведены примеры некоторых возможных конструкций вентильных реактивных электродвигателей/генераторов. Синим цветом выделена подвижная часть электрической машины, зеленым - статор, красным - обмотки, серым - несущая конструкция.
Высокая надежностьПростота конструкции обеспечивает ВРД/ВРГ более высокую безотказность, чем безотказность других типов электрических машин. Конструктивная и электрическая независимость фазных обмоток обеспечивает работоспособность ВРД даже в случае полного замыкания полюсной катушки одной из фаз. ВРГ остается работоспособным даже после выхода из строя одной или двух фаз.
Широкий диапазон частот вращения (от единиц до сотен тысяч об/мин)Электромагнитная редукция позволяет создавать малогабаритные “моментные” электродвигатели для приводов роботов, манипуляторов и других низкооборотных механизмов или низкооборотные высокоэффективные генераторы для ветровых или волновых электростанций. В то же время частота вращения быстроходных ВРД/ВРГ может превышать 100000 об/мин.
Высокий КПД в широком диапазоне частот вращенияПрактически достижимый КПД вентильного реактивного электродвигателя/генератора мощностью 1 КВт может доходить до 90 % в диапазоне 5-10-кратной перестройки частоты вращения. КПД более мощных электрических машин может достигать 95-98 %.
ВРД часто путают с синхронным реактивным электродвигателем (СРД), обмотки якоря которого питаются синусоидально изменяющимися напряжениями без обратной связи по положению ротора. СРД имеет низкий КПД, который не превышает 50 % для маломощных электродвигателей и до 70 % для мощных электрических машин.
Импульсный характер питания ЭМП обеспечивает удобную стыковку с современной цифровой электроникойПоскольку ВРД/ВРГ питается (возбуждается) однополярными импульсами, для управления ЭМП требуется простой электронный коммутатор. Управляя скважностью импульсов силовых транзисторов электронного коммутатора можно плавно изменять форму импульсов тока фазных обмоток электродвигателя или генератора.
Электронное управление электрическими и механическими характеристиками, режимом работыЕстественная механическая характеристика ВРД/ВРГ определяется реактивным принципом действия электрической машины и близка к гиперболической форме. Основное свойство такой характеристики - постоянство мощности на валу машины - оказывается чрезвычайно полезным для электроприводов с ограниченной мощностью источника, так как при этом легко реализуется условие его неперегружаемости. Применение замкнутой системы управления с обратными связями по скорости и нагрузке позволяет получить механические характеристики любой заданной формы, включая абсолютно жесткие (астатические), и не ведет к какому либо усложнению системы управления, так как ее процессор обладает большой избыточностью по числу входов и выходов, быстродействию и памяти. Фактически поле доступных механических характеристик непрерывным образом покрывает все четыре квадранта плоскости момент-скорость в пределах области ограничений конкретного электропривода.
Низкая стоимость электромеханического преобразователяСтоимость ВРД оказывается самой низкой из всех известных конструкций электрических машин. Дорогостоящим в рассматриваемой системе электропривода можно считать электронный преобразователь, который является обязательным элементом всех современных регулируемых электроприводов. Однако, цены на изделия силовой электроники по мере развития масштабов производства имеют устойчивую тенденцию к снижению. Исключение из состава ВРД/ВРГ коммутационных аппаратов, для изготовления которых необходима непрерывно дорожающая медь, также способствует уменьшению стоимости.
Наконец, экономическая эффективность ВРД повышается также в результате существенно меньшего расхода электроэнергии, обусловленного высоким КПД электродвигателя и применением наиболее экономичных стратегий управления в динамических режимах работы.
dvc.academic.ru
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в космонавтике для создания реактивной тяги. Технический результат состоит в создании реактивной тяги путем преобразования электрической энергии источника питания в распределенное импульсное электромагнитное поле, взаимодействующее с электромагнитными полями токов в проводниках двигателя. Устройство содержит большое число гальванически не связанных проводников малой длины, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга. Система генерации включает источник лазерных электромагнитных импульсов и систему оптической разводки импульсов, обеспечивающую поступление лазерных импульсов электромагнитной энергии на соседние проводники с временем задержки, позволяющим току в одном проводнике взаимодействовать с электромагнитным полем другого проводника. 2 ил.
Электрический реактивный полевой двигатель (ЭРПД) относится к области космонавтики и предназначен для создания реактивной тяги. Устройство может использоваться в двигательных установках космических аппаратов (искусственных спутников Земли, автоматических межпланетных станций и др.) Предлагаемый электрический реактивный полевой двигатель является разновидностью электрических реактивных двигателей. Главное его отличие заключается в использовании в качестве рабочего тела электромагнитного поля, создаваемого самим двигателем.
В качестве аналога следует рассматривать двигатель электромагнитного типа с активной преградой [1]. Автор предлагал использовать в качестве движителя проводники большой длины либо плазменные шнуры.
Недостатком данного устройства является то, что подведение энергии от источника к проводникам электромагнитного движителя является проблемой в связи с большими значениями величин силы тока и частоты импульсов.
Задачей изобретения является разработка устройства для создания реактивной тяги путем преобразования электрической энергии источников питания в распределенное импульсное электромагнитное поле, взаимодействующее с электромагнитными полями токов в проводниках двигателя.
Требуемый технический результат достигается тем, что в конструкцию двигателя введена система генерации пульсирующего электромагнитного поля, включающая источник лазерных импульсов и систему оптической разводки импульсов, а электромагнитный движитель формируется из большого числа гальванически не связанных проводников малой длины, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга.
Сущность изобретения поясняется фиг.1. Электрический реактивный полевой двигатель, содержащий электромагнитный движитель (3) и систему генерации электромагнитного поля. Электромагнитный движитель представляет собой набор большого количества проводников малой длины (4) на небольшом расстоянии друг от друга. Малая длина проводников позволяет пренебречь эффектами, вызываемыми индукцией и самоиндукцией. Система генерации включает источник лазерных импульсов (1) и систему оптической разводки импульсов (2). Источник лазерных импульсов может включать как импульсный лазер с определенными параметрами, так и непрерывный лазер с оптическим затвором и системой управления.
Устройство работает следующим образом: два соседних проводника А и В из состава электромагнитного движителя, расстояние между которыми равно R (фиг.2), до поступления лазерных импульсов обесточены и сила их электродинамического взаимодействия равна нулю. Лазерные импульсы определенной мощности и скважности поступают от источника (1) по системе оптической разводки (2) к проводникам электромагнитного движителя (3) не одновременно и выбивают из их торцов электроны, т.к. энергия импульса превышает работу выхода для материала проводника (фиг.1). В проводниках возникают разности потенциалов, вызывающие импульсы тока малой длительности.
При протекании через проводник А импульса тока I определенной длительности (τ - 2R/C) возникнет электромагнитное поле с магнитной индукцией В2, которое "подойдет" к проводнику В через время 0,5 τ. В этот момент в проводнике В инициируется ток той же длительности подошедшим по системе оптической разводки лазерным импульсом. Взаимодействуя с полем В2, он вызовет появление силы Ампера FA, приложенной к проводнику В, который получит импульс силы соответствующего направления. Первый проводник (А) не будет находиться под воздействием силы Ампера, так как к моменту прихода поля проводника В в область проводника А последний будет уже обесточен. Для повышения КПД процесса можно в этот момент индуцировать импульс в проводнике А, но противоположного направления. Тяга, создаваемая двигателем в этом случае, удвоится.
Система оптической разводки обеспечивает время задержки «отдельного» лазерного импульса от момента излучения до момента прихода к соответствующему проводнику и представляет собой оптические проводники требуемой длины (толщины) и (или) с необходимым коэффициентом преломления. Скорость «бегущей волны» лазерных, индуцирующих поле импульсов может быть больше скорости света, что позволяет «развязать» электромагнитное поле и ток в проводнике.
В данном устройстве за счет оригинальной системы генерации распределенного электромагнитного поля появляется возможность использовать его в качестве рабочего тела для создания реактивной тяги.
Источники информации
1. Д.Мотовилов, "ТМ" №3, 1982 г., стр.54.
Электрический реактивный двигатель, содержащий проводники и систему генерации электромагнитного поля, отличающийся тем, что он содержит N гальванически не связанных проводников малой длины, расположенных на заданном расстоянии друг от друга, а система генерации электромагнитного поля содержит источник лазерных импульсов электромагнитной энергии и систему их оптической разводки, обеспечивающую поступление лазерных импульсов электромагнитной энергии на соседние проводники с временем задержки, позволяющим току в одном проводнике взаимодействовать с электромагнитным полем вокруг другого проводника.
www.findpatent.ru
Двигатель содержит корпус, диффузор, расположенный в передней части корпуса, камеру нагрева с высокочастотными электродами и сопло, соединенное каналом с камерой нагрева. Он снабжен высокочастотной обмоткой, которая подключена к высокочастотному генератору и расположена вокруг указанной камеры нагрева, а также анодом, катодом и катушкой в виде соленоида, предназначенной для создания в указанном канале асимметричного магнитного поля для дополнительного ускорения выходящего из сопла воздуха. Изобретение направлено на расширение арсенала технических средств для создания тяги. 1 ил.
Изобретение относится к использованию плазмы для получения реактивной тяги.
Прототипом является прямоточный электрический воздушно-реактивных двигатель (ПВЭРД), содержащий размещенные в корпусе диффузор, камеру нагрева воздуха с высокочастотными электродами и сопло (патент США N 3032978, НКИ 60-202, 1962). Предложенный двигатель отличается тем, что высокочастотные электроды расположены в передней части и соединены через камеру нагрева, окруженной высокочастотной обмоткой с центральным каналом торцового двигателя Холла, содержащего катод и анод, окруженные соленоидной катушкой и заканчивается соплом. На чертеже изображен продольный разрез ПВЭРД. Двигатель содержит корпус 1, диффузор 2, который повышает статическое давление воздуха при его торможении, высокочастотные электроды 3 и 6, которые нагревают воздух в камере нагрева 5. Высокочастотная обмотка 4 вокруг камеры нагрева 5 предназначена для нагрева высокочастотным магнитным полем протекающего воздуха, при этом создается резонанс на высокой частоте, что позволяет нагревать до более высокой температуры. Высокочастотный электрод 6, кольцевидный анод 10 создают в центральном канале 9 асимметричное магнитное поле. Высокотемпературный воздух ускоряется под действием силы Ампера. Сопло 11 создает тяговую силу. Высокочастотный генератор 12 работает на частоте 3
10 Гц, равной длине волны азота. В передней части корпуса 1 расположены диффузор 2 и высокочастотные электроды 3 и 6. Высокочастотная обмотка 4 расположена вокруг камеры нагрева 5, за которой установлены кольцевидный катод 7, соленоидная катушка 8 вокруг центрального канала 9, кольцевидный анод 10 и сопло 11, предусмотрены электропровода для соединения с высокочастотным генератором 12. Работа. При запуске двигателя подключаются высокочастотные электроды 3 и 6 и высокочастотная обмотка вокруг камеры нагрева 5, за которой установлены кольцевидный катод 7, соленоидная катушка 8. Между током высокой частоты и высокочастотным магнитным полем создается резонанс, дающий возможность нагрева воздуха до состояния высокотемпературной плазмы в центральном канале 9, окруженного соленоидной катушкой 8. Между кольцевидным катодом 7 и кольцевидным анодом 10 создается асимметричное магнитное поле. Под действием силы Ампера происходит ускорение низкотемпературной плазмы. Выходя из сопла 11 создает тяговую силу. Удельный импульс до 1104 м/с.Формула изобретения
Прямоточный воздушно-электрический реактивный двигатель, содержащий корпус, диффузор, расположенный в передней части корпуса, камеру нагрева с высокочастотными электродами и сопло, соединенное каналом с камерой нагрева, отличающийся тем, что он снабжен высокочастотной обмоткой, которая подключена к высокочастотному генератору и расположена вокруг указанной камеры нагрева, а также анодом, катодом и катушкой в виде соленоида, предназначенной для создания в указанном канале асимметричного магнитного поля для дополнительного ускорения выходящего из сопла воздуха.РИСУНКИ
Рисунок 1Похожие патенты:
Изобретение относится к области плазменных двигателей, предназначенных для установки на космических летательных аппаратах, в частности к плазменным двигателям с замкнутой траекторией дрейфа электронов, называемых также стационарными плазменными двигателями
Изобретение относится к авиационной технике и может использоваться для создания летательных аппаратов
Изобретение относится к авиационной технике и может использоваться для летательных аппаратов
Изобретение относится к электрореактивным двигателям, а более конкретно, к импульсным электрореактивным двигателям
Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано в электрических ракетных двигателях, в частности плазменных ускорителях с замкнутым дрейфом электронов, предназначенных для работы в космических условиях, и может найти применение в электронике для ионной очистки, получения покрытий различного функционального назначения в вакуумной металлургии для совершенствования поверхностных характеристик металлов и сплавов
Изобретение относится к космической технике, а именно к электрореактивным двигательным установкам, в состав которых входят стационарные плазменные двигатели и двигатели с анодным слоем
Изобретение относится к ионно-оптическим ускорителям ионов и может быть использовано в ионных двигателях
Изобретение относится к ракетной и ядерной технике, предназначено для освоения космического пространства и может быть использовано для получения электрической и тепловой энергии на космическом корабле
Изобретение относится к плазменной технике, а более конкретно, касается конструирования ускорителей плазмы с замкнутым дрейфом электронов (УЗДЭ) и может быть использовано при разработке электроракетных двигателей, а также технологических ускорителей, применяемых в процессах вакуумно-плазменной технологии
Изобретение относится к прямоточному воздушно-реактивному двигателю для летательного аппарата со сверхзвуковой и/или гиперзвуковой скоростью полета, специально предназначенного для функционирования в достаточно широком диапазоне скоростей
Изобретение относится к прямоточному воздушно-реактивному двигателю для летательного аппарата со сверхзвуковой и/или гиперзвуковой скоростью полета, специально предназначенному для функционирования в достаточно широком диапазоне скоростей
Изобретение относится к прямоточным воздушно-реактивным двигателям и представляет собой способ разгона сверхзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя (СПВРД), предназначенного преимущественно для воздушно-космических самолетов (ВКС), т.е
Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к пульсирующим воздушно-реактивным двигателям, и может быть использовано в качестве теплогенератора
Изобретение относится к авиационной технике, в частности к реактивным двигателям
Изобретение относится к использованию плазмы для получения реактивной тяги
www.findpatent.ru
Полезная модель относится к области электротехники, конкретно к вентильно-реактивному электрическому двигателю сепаратора, например, марки «СЦМ-80» производства АО «Мотор-Сич».
Вентильно-реактивный электрический двигатель содержит корпус, внутри которого расположены передний и задний подшипниковые узлы, статор, ротор, жестко закрепленный на валу, а также датчик положения ротора, выполнен в виде оптопрерывателя, закрепленного на валу и платы управления, размещенной под задней крышкой.
Предложенный двигатель имеет упрощенную конструкцию. Он обеспечивает повышение эффективности работы и возможность эксплуатации при других значениях напряжения и частоты электрической сети.
Полезная модель относится к области электротехники, конкретно к вентильно-реактивному электрическому двигателю сепаратора, например, марки «СЦМ-80» производства АО «Мотор-Сич».
Наиболее близким, из известных заявителям, есть универсальный коллекторный электродвигатель типа ДС-0,02 производства ЗАО «Днепропетровский агрегатный завод» (www.aodaz.com.ua).
Указанный двигатель содержит корпус, передний и задний подшипниковые узлы, ротор, жестко закрепленный на валу, статор, встроенный в корпус. На задней части вала закреплен коллектор, по которому перемещаются щетки, зафиксированные в щеткодержателе.
Передний и задний подшипниковые узлы содержат соответственно передний подшипниковый щит и подшипник, а также задний подшипниковый щит и подшипник.
Данный электродвигатель выбран прототипом заявляемой полезной модели.
Прототип и заявляемая полезная модель, имеют следующие общие признаки:
- корпус;
- передний подшипниковый узел;
- задний подшипниковый узел;
- статор;
- вал;
- ротор, жестко закрепленный на валу;
- датчик положения ротора (у прототипа это коллектор с щеточным узлом).
Коллекторным электродвигателям типа ДС-0,02 присущи следующие недостатки:
- наличие щеточно-коллекторного узла, который ухудшает надежность работы и требует специального технического обслуживания;
- двигатель не обеспечивает плавный пуск и разгон ротора сепаратора.
В основу полезной модели поставлена задача создать конструкцию вентильно-реактивного электрического двигателя, в котором путем иного выполнения датчика положения ротора, обеспечить упрощение конструкции электродвигателя и повысить эффективность работы за счет осуществления плавного пуска с постоянным ускорением без рывков, стабилизированной частоты вращения при работе двигателя в случае изменения напряжения питающей сети в пределах 180-240 В и возможности эксплуатации при других значениях напряжения и частоты сети питания, например, 110 В, 60 Гц
Поставленная задача решена конструкцией вентильно-реактивного электрического двигателя, содержащего корпус, внутри которого расположены передний и задний подшипниковые узлы, статор, ротор, жестко закрепленный на валу, а также датчик положения ротора, тем, что датчик положения рот эра выполнен в виде оптопрерывателя, закрепленного на валу и платы управления, размещенной под задней крышкой.
Вентильно-реактивный электродвигатель показан на чертеже, где:
фиг.1 - вид сбоку в разрезе;
фиг.2 - вид спереди, сечение Д-Д.
Вентильно-реактивный электрический двигатель содержит корпус 1, внутри, которого закреплен ферромагнитный статор 2, на котором расположена катушечная обмотка 3 и постоянные (парковочные) магниты 4.
Внутри ферромагнитного статора 2 расположен ротор 5, жестко закрепленный на валу 6. Ротор 5 имеет явнополюсную структуру с полюсными выступами 7.
Воздушный зазор между ферромагнитным статором 2 и ротором 5 обеспечивается передним подшипниковым узлом 8 с подшипником 9 и задним подшипниковым узлом 10 с подшипником 11.
На валу 6, за задним подшипниковым узлом 10, закреплен оптопрерыватель 12. Под задней крышкой 13 корпуса 1 расположена встроенная плата управления 14. Кроме того, на валу 6, за передним подшипниковым узлом 8, закреплен вентилятор 15.
Питание подается на выводы 16 электрического двигателя.
Принцип работы электрического двигателя основан на свойстве ферромагнитных материалов ориентироваться во внешнем магнитном поле таким образом, чтобы пронизывающий магнитный поток принимал максимальное значение. Что соответствует согласованному положению полюсных выступов 7 ротора 5 и статора 2 электрического двигателя.
Работает вентильно-реактивный электрический двигатель таким образом.
В начальный момент времени одна из пар полюсных выступов ротора 5, например, 7 находится напротив постоянных магнитов 4, тем самым обеспечивая исходное положение ротора 5 относительно статора 2.
В следующий момент времени, при подаче питания на катушечную обмотку 3 через транзисторный коммутатор, находящийся на плате управления 14, полюсные выступы 7 ротора 5 под действием сил магнитного притяжения стремятся занять согласованное положение с полюсными выступами статора 2. При этом создается тангенциальная сила Ft, что приводит ротор 5 во вращение против часовой стрелки.
При подходе полюсных выступов 7 ротора 5 до согласованного положения происходит отключение напряжения питания с помощью транзисторного комутатора катушечных обмоток 3, при этом ротор 5 продолжит движение по инерции в ту же сторону. Далее, как только следующая пара полюсных выступов 7 ротора 5 займет несогласованное положение по отношению к полюсным выступам статора 2, опять происходит подача питания с транзисторного коммутатора на катушечную обмотку 3 и эта пара полюсов ротора 5 под действием сил магнитного притяжения стремится занять согласованное положение с полюсными выступами статора 2, продолжая движение ротора 5 против часовой стрелки под действием тангенциальной силы Ft и т.д.
Последовательность подачи, питания и его отключения на катушечную обмотку 3 определяется датчиком положения ротора 5 за оптопрерывателем 12 оптического канала, обеспечивая при этом однонаправленное вращение ротора 5 электрического двигателя (против часовой стрелки). При отключении сигнала на движение прекращается подача питания на катушечную обмотку 3 и ротор 5 останавливается.
Вентильно-реактивный электрический двигатель, содержащий корпус, внутри которого расположены передний и задний пошипниковые узлы, статор, ротор, жестко закрепленный на валу, а также датчик положения ротора, отличающийся тем, что датчик положения ротора выполнен в виде оптопрерывателя, закрепленного на валу, и платы управления, размещенной под задней крышкой.
poleznayamodel.ru
Сечение ВРД с 8 статорными и 6 роторными полюсами 
Сечение ВРД с 6 статорными и 4 роторными полюсами 
Принцип работы ВРД (SRM) Вентильный реактивный электродвигатель (ВРД) — это синхронная машина.
Вентильные реактивные электродвигатели/генераторы имеют следующие достоинства:
Простая конструкцияРотор и статор выполнены в виде пакетов листового магнитомягкого материала.
На роторе ВРД отсутствуют обмотки и постоянные магниты. Фазные обмотки находятся только на статоре. Для уменьшения трудоемкости катушки обмотки якоря могут изготавливаться отдельно, а затем надеваться на полюсы статора. Высокая ремонтопригодностьПростота обмотки якоря повышает ремонтопригодность ВРД/ВРГ, т.к. для ремонта достаточно сменить вышедшую из строя катушку.
Отсутствие механического коммутатораУправление электромеханическим преобразователем электропривода/генератора осуществляется с помощью высокоэффективных силовых полупроводниковых элементов - IGBT или MOSFET (HEXFET) транзисторов, надежность которых существенно превышает надежность любых механических деталей, например: коллекторов, щеток, подшипников.
Отсутствие постоянных магнитовВРД/ВРГ не содержит постоянных магнитов ни на роторе, ни на статоре, при этом он успешно конкурирует по характеристикам с вентильными электрическими двигателями с постоянными магнитами (ВЭДПМ). В среднем, при одинаковых электрических и весогабаритных характеристиках ВРД/ВРГ имеет в 4 раза меньшую стоимость, значительно большую надежность, более широкий диапазон частот вращения, более широкий диапазон рабочих температур. Конструктивно, по сравнению с ВЭДПМ, ВРД/ВРГ не имеет ограничения по мощности (практически, мощность ВЭДПМ ограничивается пределом около 20-40 кВТ). ВЭДПМ требуют защиты от металлической пыли, боятся перегрева и сильных электромагнитных полей, в случае короткого замыкания обмотки превращаются в самовозгорающуюся систему. Вентильные реактивные электродвигатели/генераторы свободны от всех этих недостатков.
Малое количество медиНа изготовление ВРД/ВРГ требуется в среднем 2-3 раза меньше меди, чем для коллекторного электродвигателя такой же мощности, и в 1,3 раза меньше меди, чем для асинхронного электродвигателя.
Tепловыделение происходит в основном только на статоре, при этом легко обеспечивается герметичная конструкция, воздушное или водяное охлаждениеВ рабочем режиме не требуется охлаждение ротора. Для охлаждения ВРД/ВРГ достаточно использовать наружную поверхность статора.
Высокие массогабаритные характеристикиВ большинстве случаев ВРД/ВРГ может быть выполнен с полым ротором. Толщина спинки ротора при этом должна быть не менее половины ширины полюса. Подбором количества полюсов статора и ротора могут быть оптимизированы массогабаритные характеристики электродвигателя/генератора, его мощность при заданном моменте и диапазоне частоты вращения.
Низкая трудоемкостьПростота конструкции ВРД/ВРГ снижает трудоемкость его изготовления. В сущности, его можно изготовить даже на не специализирующемся в области электромашиностроения промышленном предприятии. Для серийного производства ВРД/ВРГ требуется обычное механическое оборудование - штампы для изготовления шихтованных сердечников статора и ротора, токарные и фрезерные станки для обработки валов и корпусных деталей. Трудоемкие и сложные в технологическом отношении операции, например изготовление коллектора и щеток коллекторного электродвигателя или заливка клетки ротора асинхронного двигателя, здесь отсутствуют. По предварительным оценкам трудоемкость изготовления ЭМП вентильного реактивного электродвигателя составляет на 70% меньше трудоемкости изготовления коллекторного и на 40% меньше трудоемкости изготовления асинхронного электродвигателя.
Гибкость компоновкиПростота обмотки якоря и отсутствие обмотки и магнитов на роторе обеспечивает ВРД/ВРГ высокую гибкость компоновки. Конструкция электродвигателя/генератора может быть плоской, вытянутой, обращенной, секторной, линейной. Для выпуска целого типоряда электродвигателей/генераторов с различной мощностью можно использовать один и тот же комплект штампов для вырубки ротора и статора, поскольку для увеличения мощности достаточно увеличить соответственно длину набора ротора и статора. Не составляет труда изготовление машины с расположением статора как снаружи ротора, так и наоборот, а также встраивание электроники в корпус машины. Изменение коэффициента электромагнитной редукции позволяет создавать машины для облегченных и, напротив, тяжелых условий работы, включая моментные двигатели. Для привода некоторых рабочих машин выгоднее иметь линейные электродвигатели с возвратно-поступательным перемещением зубцового штока (аналога ротора). В ряде случаев может быть использована давно известная, но неэффективная в случае асинхронного электродвигателя конструкция дугостаторной машины, статор которой охватывает доступную для размещения дугу окружности ротора, в качестве которого может использоваться вал с зубчатым колесом.
На рисунках ниже приведены примеры некоторых возможных конструкций вентильных реактивных электродвигателей/генераторов. Синим цветом выделена подвижная часть электрической машины, зеленым - статор, красным - обмотки, серым - несущая конструкция.
Высокая надежностьПростота конструкции обеспечивает ВРД/ВРГ более высокую безотказность, чем безотказность других типов электрических машин. Конструктивная и электрическая независимость фазных обмоток обеспечивает работоспособность ВРД даже в случае полного замыкания полюсной катушки одной из фаз. ВРГ остается работоспособным даже после выхода из строя одной или двух фаз.
Широкий диапазон частот вращения (от единиц до сотен тысяч об/мин)Электромагнитная редукция позволяет создавать малогабаритные “моментные” электродвигатели для приводов роботов, манипуляторов и других низкооборотных механизмов или низкооборотные высокоэффективные генераторы для ветровых или волновых электростанций. В то же время частота вращения быстроходных ВРД/ВРГ может превышать 100000 об/мин.
Высокий КПД в широком диапазоне частот вращенияПрактически достижимый КПД вентильного реактивного электродвигателя/генератора мощностью 1 КВт может доходить до 90 % в диапазоне 5-10-кратной перестройки частоты вращения. КПД более мощных электрических машин может достигать 95-98 %.
ВРД часто путают с синхронным реактивным электродвигателем (СРД), обмотки якоря которого питаются синусоидально изменяющимися напряжениями без обратной связи по положению ротора. СРД имеет низкий КПД, который не превышает 50 % для маломощных электродвигателей и до 70 % для мощных электрических машин.
Импульсный характер питания ЭМП обеспечивает удобную стыковку с современной цифровой электроникойПоскольку ВРД/ВРГ питается (возбуждается) однополярными импульсами, для управления ЭМП требуется простой электронный коммутатор. Управляя скважностью импульсов силовых транзисторов электронного коммутатора можно плавно изменять форму импульсов тока фазных обмоток электродвигателя или генератора.
Электронное управление электрическими и механическими характеристиками, режимом работыЕстественная механическая характеристика ВРД/ВРГ определяется реактивным принципом действия электрической машины и близка к гиперболической форме. Основное свойство такой характеристики - постоянство мощности на валу машины - оказывается чрезвычайно полезным для электроприводов с ограниченной мощностью источника, так как при этом легко реализуется условие его неперегружаемости. Применение замкнутой системы управления с обратными связями по скорости и нагрузке позволяет получить механические характеристики любой заданной формы, включая абсолютно жесткие (астатические), и не ведет к какому либо усложнению системы управления, так как ее процессор обладает большой избыточностью по числу входов и выходов, быстродействию и памяти. Фактически поле доступных механических характеристик непрерывным образом покрывает все четыре квадранта плоскости момент-скорость в пределах области ограничений конкретного электропривода.
Низкая стоимость электромеханического преобразователяСтоимость ВРД оказывается самой низкой из всех известных конструкций электрических машин. Дорогостоящим в рассматриваемой системе электропривода можно считать электронный преобразователь, который является обязательным элементом всех современных регулируемых электроприводов. Однако, цены на изделия силовой электроники по мере развития масштабов производства имеют устойчивую тенденцию к снижению. Исключение из состава ВРД/ВРГ коммутационных аппаратов, для изготовления которых необходима непрерывно дорожающая медь, также способствует уменьшению стоимости.
Наконец, экономическая эффективность ВРД повышается также в результате существенно меньшего расхода электроэнергии, обусловленного высоким КПД электродвигателя и применением наиболее экономичных стратегий управления в динамических режимах работы.
dic.academic.ru
Электродвигатели разной мощности (750 Вт, 25 Вт, к CD-плееру, к игрушке, к дисководу). Батарейка «Крона» дана для сравнения Электрический двигатель — электрическая машина (электромеханический преобразователь), в которой электрическая энергия преобразуется в механическую, побочным эффектом является выделение тепла.
В основу работы любой электрической машины положен принцип электромагнитной индукции.
Электрическая машина состоит из неподвижной части — статора (для асинхронных и синхронных машин переменного тока) или индуктора (для машин постоянного тока) и подвижной части — ротора (для асинхронных и синхронных машин переменного тока) или якоря (для машин постоянного тока). В роли индуктора на маломощных двигателях постоянного тока очень часто используются постоянные магниты.Ротор может быть:
Якорь — это подвижная часть машин постоянного тока (двигателя или генератора) или же работающего по этому же принципу так называемого универсального двигателя (который используется в электроинструменте). По сути универсальный двигатель — это тот же двигатель постоянного тока (ДПТ) с последовательным возбуждением (обмотки якоря и индуктора включены последовательно). Отличие только в расчётах обмоток. На постоянном токе отсутствует реактивное (индуктивное или ёмкостное) сопротивление. Поэтому любая болгарка, если выкинуть электронный блок, будет вполне работоспособна и на постоянном токе, но при меньшем напряжении сети.
При включении в сеть в статоре возникает круговое вращающееся магнитное поле, которое пронизывает короткозамкнутую обмотку ротора и наводит в ней ток индукции. Отсюда, следуя закону Ампера (на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует эдс), ротор приходит во вращение. Частота вращения ротора зависит от частоты питающего напряжения и от числа пар магнитных полюсов. Разность между частотой вращения магнитного поля статора и частотой вращения ротора характеризуется скольжением. Двигатель называется асинхронным, так как частота вращения магнитного поля статора не совпадает с частотой вращения ротора. Синхронный двигатель имеет отличие в конструкции ротора. Ротор выполняется либо постоянным магнитом, либо электромагнитом, либо имеет в себе часть беличьей клетки (для запуска) и постоянные или электромагниты. В синхронном двигателе частота вращения магнитного поля статора и частота вращения ротора совпадают. Для запуска используют вспомогательные асинхронные электродвигатели, либо ротор с короткозамкнутой обмоткой.
Асинхронные двигатели нашли широкое применение во всех отраслях техники. Особенно это касается простых по конструкции и прочных трехфазных асинхронных двигателей с коротко-замкнутыми роторами, которые надежнее и дешевле всех электрических двигателей и практически не требуют никакого ухода. Название «асинхронный» обусловлено тем, что в таком двигателе ротор вращается не синхронно с вращающимся полем статора. Там, где нет трехфазной сети, асинхронный двигатель может включаться в сеть однофазного тока.
Статор асинхронного электродвигателя состоит, как и в синхронной машине, из пакета, набранного из лакированных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, в пазах которого уложена обмотка. Три фазы обмотки статора асинхронного трехфазного двигателя, пространственно смещенные на 120°, соединяются друг с другом звездой или треугольником.
Рис.1. Трехфазный двухполюсный асинхронный двигатель
На рис.1. показана принципиальная схема двухполюсной машины — по четыре паза на каждую фазу. При питании обмоток статора от трехфазной сети получается вращающееся поле, так как токи в фазах обмотки, которые смещены в пространстве на 120° друг относительно друга сдвинуты по фазе друг относительно друга на 120°.
Для синхронной частоты вращения nc поля электродвигателя с р парами полюсов справедливо при частоте тока f: nc=f/p
При частоте 50 Гц получаем для р = 1, 2, 3 (двух-, четырех- и шести полюсных машин) синхронные частоты вращения поля nc = 3000, 1500 и 1000 об/мин.
Ротор асинхронного электродвигателя также состоит из листов электротехнической стали и может быть выполнен в виде короткозамкнутого ротора (с беличьей клеткой) или ротора с контактными кольцами (фазный ротор).
В короткозамкнутом роторе обмотка состоит из металлических стержней (медь, бронза или алюминий), которые расположены в пазах и соединяются на концах закорачивающими кольцами (рис. 1). Соединение осуществляется методом пайки твердым припоем или сваркой. В случае применения алюминия или алюминиевых сплавов стержни ротора и заколачивающие кольца, включая лопасти вентилятора, расположенные на них, изготавливаются методом литья под давлением.
У ротора электродвигателя с контактными кольцами в пазах находится трехфазная обмотка, похожая на обмотку статора, включенную, например, звездой; начала фаз соединяются с тремя контактными кольцами, закрепленными на валу. При пуске двигателя и для регулировки частоты вращения можно подключить к фазам обмотки ротора реостаты (через контактные кольца и щетки). После успешного разбега контактные кольца замыкаются накоротко, так что обмотка ротора двигателя выполняет те же самые функции, что и в случае короткозамкнутого ротора.
Устройство асинхронного двигателя http://techno.x51.ru/index.php?mod=text&uitxt=905
По принципу возникновения вращающего момента электродвигатели можно разделить на гистерезисные и магнитоэлектрические. У двигателей первой группы вращающий момент создается вследствие гистерезиса при перемагничивании ротора. Данные двигатели не являются традиционными и не широко распространены в промышленности.
Наиболее распространены магнитоэлектрические двигатели, которые по типу потребляемой энергии подразделяется на две большие группы — на двигатели постоянного тока и двигатели переменного тока (также существуют универсальные двигатели, которые могут питаться обоими видами тока).
Двигатель постоянного тока в разрезе. Справа расположен коллектор с щётками Двигатель постоянного тока — электрический двигатель, питание которого осуществляется постоянным током. Данная группа двигателей в свою очередь по наличию щёточно-коллекторного узла подразделяется на:
Щёточно-коллекторный узел обеспечивает электрическое соединение цепей вращающейся и неподвижной части машины и является наиболее ненадежным и сложным в обслуживании конструктивным элементом.[1]
По типу возбуждения коллекторные двигатели можно разделить на:
Двигатели с самовозбуждением делятся на:
Бесколлекторные двигатели (вентильные двигатели) — электродвигатели, выполненные в виде замкнутой системы с использованием датчика положения ротора, системы управления (преобразователя координат) и силового полупроводникового преобразователя (инвертора). Принцип работы данных двигателей аналогичен принципу работы синхронных двигателей.[2]
Трехфазные асинхронные двигатели Двигатель переменного тока — электрический двигатель, питание которого осуществляется переменным током. По принципу работы эти двигатели разделяются на синхронные и асинхронные двигатели. Принципиальное различие состоит в том, что в синхронных машинах первая гармоника магнитодвижущей силы статора движется со скоростью вращения ротора (благодаря чему сам ротор вращается со скоростью вращения магнитного поля в статоре), а у асинхронных — всегда есть разница между скоростью вращения ротора и скоростью вращения магнитного поля в статоре (поле вращается быстрее ротора).
Синхронный электродвигатель — электродвигатель переменного тока, ротор которого вращается синхронно с магнитным полем питающего напряжения. Данные двигатели обычно используются при больших мощностях (от сотен киловатт и выше).[2]
Существуют синхронные двигатели с дискретным угловым перемещением ротора — шаговые двигатели. У них заданное положение ротора фиксируется подачей питания на соответствующие обмотки. Переход в другое положение осуществляется путём снятия напряжения питания с одних обмоток и передачи его на другие. Ещё один вид синхронных двигателей — вентильный реактивный электродвигатель, питание обмоток которого формируется при помощи полупроводниковых элементов.
Асинхронный электродвигатель — электродвигатель переменного тока, в котором частота вращения ротора отличается от частоты вращающего магнитного поля, создаваемого питающим напряжением. Эти двигатели наиболее распространены в настоящее время.
По количеству фаз двигатели переменного тока подразделяются на:
Универсальный коллекторный электродвигатель — коллекторный электродвигатель, который может работать и на постоянном токе и на переменном токе. Изготавливается только с последовательной обмоткой возбуждения на мощности до 200 Вт. Статор выполняется шихтованным из специальной электротехнической стали. Обмотка возбуждения включается частично при переменном токе и полностью при постоянном. Для переменного тока номинальные напряжения 127,220., для постоянного 110.220. Применяется в бытовых аппаратах, электроинструментах. Двигатели переменного тока с питанием от промышленной сети 50 гц не позволяют получить частоту вращения выше 3000 об/мин. Поэтому для получения высоких частот применяют коллекторный электродвигатель, который к тому же получается легче и меньше двигателя переменного тока той же мощности или применяют специальные передаточные механизмы, изменяющие кинематические параметры механизма до необходимых нам (мультипликаторы). При применении преобразователей частоты или наличии сети повышенной частоты (100, 200, 400 Гц) двигатели переменного тока оказываются легче и меньше коллекторных двигателей (коллекторный узел иногда занимает половину пространства). Ресурс асинхронных двигателей переменного тока гораздо выше, чем у коллекторных, и определяется состоянием подшипников и изоляции обмоток.
Синхронный двигатель с датчиком положения ротора и инвертором является электронным аналогом коллекторного двигателя постоянного тока.
Принцип преобразования электрической энергии в механическую энергию электромагнитным полем был продемонстрирован британским учёным Майклом Фарадеем в 1821 и состоял из свободно висящего провода, окунающегося в пул ртути. Постоянный магнит был установлен в середине пула ртути. Когда через провод пропускался ток, провод вращался вокруг магнита, показывая, что ток вызывал циклическое магнитное поле вокруг провода. Этот двигатель часто демонстрируется в школьных классах физики, вместо токсичной ртути используют рассол. Это — самый простой вид из класса электрических двигателей. Последующим усовершенствованием является Колесо Барлоу. Оно было демонстрационным устройством, непригодным в практических применениях из-за ограниченной мощности. Изобретатели стремились создать электродвигатель для производственных нужд. Они пытались заставить железный сердечник двигаться в поле электромагнита возвратно-поступательно, то есть так, как движется поршень в цилиндре паровой машины. Русский ученый Б. С. Якоби пошел иным путем. В 1834 г. он создал первый в мире практически пригодный электродвигатель с вращающимся якорем и опубликовал теоретическую работу «О применении электромагнетизма для приведения в движение машины». Б. С. Якоби писал, что его двигатель несложен и «дает непосредственно круговое движение, которого гораздо легче преобразовать в другие виды движения, чем возвратно-поступательное».
Вращательное движение якоря в двигателе Якоби происходило вследствие попеременного притяжения и отталкивания электромагнитов. Неподвижная группа U-образных электромагнитов питалась током непосредственно от гальванической батареи, причем направление тока в этих электромагнитах оставалось неизменным. Подвижная группа электромагнитов была подключена к батарее через коммутатор, с помощью которого направление тока в каждом электромагните изменялось раз за один оборот диска. Полярность электромагнитов при этом соответственно изменялась, а каждый из подвижных электромагнитов попеременного притягивался и отталкивался соответствующим неподвижным электромагнитом: вал двигателя начинал вращаться. Мощность такого двигателя составляла всего 15 Вт. Впоследствии Якоби довел мощность электродвигателя до 550 Вт. Этот двигатель был установлен сначала на лодке, а позже на железнодорожной платформе.
13 сентября 1838 г. лодка с 12 пассажирами поплыла по Неве против течения со скоростью около 3 км/ч. Лодка была снабжена колесами с лопастями. Колеса приводились во вращение электрическим двигателем, который получал ток от батареи из 320 гальванических элементов. Так впервые электрический двигатель появился на судне.
dal.academic.ru
