Ротор принцип работы: Принципы работы, плюсы и минусы роторного двигателя — особенности роторно-поршневого ДВС — журнал За рулем

Содержание

Роторный двигатель. Устройство, принцип работы. Плюсы и минусы ротора.

Изобретение двигателя внутреннего сгорания дало толчок к производству автомобилей, передвигающихся на жидком виде топлива. Двигатели эти на протяжении всей истории автомобилестроения эволюционировали: появлялись различные конструкции моторов. Одной из прогрессивных, но так и не получивших распространение конструкций двигателей стал роторно-поршневой агрегат. Об особенностях этого типа двигателя, его достоинствах и недостатках мы поговорим в сегодняшнем материале.

История

Разработчиком роторно-поршневого двигателя стал дуэт инженеров компании NSU – Феликс Ванкель и Вальтер Фройде. И хотя основная роль в создании роторного двигателя принадлежит именно Фройде (второй участник проекта в это время работал над конструкцией иного двигателя), в автомобильной среде силовой агрегат известен как мотор Ванкеля.

Феликс Ванкель и роторный двигатель

Эта силовая установка была собрана и испытана в 1957 году. Первым автомобилем, на который установили роторно-поршневой двигатель, стал спорткар NSU Spider, который развивал скорость 150 км/час при мощности мотора 57 лошадиных сил. Производилась эта модель на протяжении трех лет (1964-1967 годы).

NSU Spider

По настоящему массовым автомобилем с роторным двигателем стало второе детище компании NSU – седан Ro-80.

NSU Ro-80

В названии автомобиля указывалось, что модель оснащается роторным агрегатом. Впоследствии роторные двигатели устанавливались на автомобили Citroen (GS Birotor), Mercedes-Benz (С111), Chevrolet (Corvette), ВАЗ (21018) и так далее. Но самый массовый выпуск моделей с роторным двигателем был налажен японской компанией Mazda. Начиная с 1964 года, компания произвела несколько автомобилей с подобным типом силовой установки, а пионером в этом деле стала модель Cosmo Sport. Самая известная модель с роторно-поршневым двигателем, которая выпускалась этим производителем – RX (Rotor-eXperiment). Производство последней модели из этого семейства, Mazda RX8 в специальной версии Spirit R, было свернуто в середине 2012 года. Впрочем, не все экземпляры роторной «восьмерки» еще распроданы – официальный дилер Mazda в Индонезии еще продает эти автомобили.

Mazda RX-8

Устройство

Особенностью роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания стало присутствие в его конструкции трехгранного ротора – поршня. Он вращается в цилиндре, который имеет специальную форму. Ротор насажен на вал, и соединен с зубчатым колесом, которое, в свою очередь, имеет сцепление со статором – шестерней. Ротор вращается вокруг статора по так называемой эпитрохоидальной кривой, его лопасти попеременно перекрывают камеры цилиндра, в которых происходит сгорание топлива.

Роторный двигатель

В конструкции роторного двигателя отсутствует газораспределительный механизм – его функцию выполняет сам ротор, который при помощи своих лопастей распределяет поступающую горючую смесь и выпускает отработанные в цилиндре газы. Подобная конструкция двигателя позволяет обойтись без множества узлов, крайне необходимых для простого поршневого двигателя (например, коленчатый вал, шатуны), что, во-первых, позволяет уменьшить размер и массу силового агрегата, а во-вторых – уменьшить стоимость его производства.

Достоинства и недостатки

Роторно-поршневой двигатель не зря привлек внимание многих именитых автомобильных компаний. Его конструкция и принцип действия позволяли получить несколько довольно весомых преимуществ перед обычными двигателями.

Во-первых, роторно-поршневой мотор в силу своей конструкции обладал лучшей среди остальных типов силовых установок сбалансированностью, и был подвержен минимальным вибрациям.

Во-вторых, у этой силовой установки отмечались отменные динамические характеристики: без существенной нагрузки на двигатель, авто с роторно-поршневым мотором легко можно разогнать до 100 км/час и более на низкой передаче при высоких оборотах двигателя.

роторный двигатель Мазда RX-8

В-третьих, роторный двигатель компактнее и легче, чем стандартный поршневой силовой агрегат. Эта особенность позволяла конструкторам добиться практически идеальной развесовки по осям, что влияло на устойчивость автомобиля на дороге.

В-четвертых, в нем используется намного меньшее количество узлов и агрегатов, чем в обычном двигателе.

Наконец, в-пятых, роторный двигатель обладает высокой удельной мощностью.

Недостатки

К минусам роторно-поршневого двигателя, из-за которых он так и не смог получить массового применения и не используется сегодня в автомобилях всех брендов, относится, во-первых, большой расход топлива на низких оборотах. На некоторых моделях он достигает 20 литров на 100 км пробега, что, согласитесь, совсем не экономично и бьет по карману владельца авто с роторным двигателем.

Во-вторых, недостатком этого типа двигателей является сложность изготовления его деталей: чтобы ротор правильно прошел эпитрохоидальную кривую, необходима высокая геометрическая точность при создании как самого ротора, так и цилиндра. Для этого производители роторных двигателей используют высокоточное и дорогостоящее оборудование, а стоимость производства закладывают в цену автомобиля.

В-третьих, роторный двигатель склонен к перегреву из-за особенности конструкции камеры сгорания: она имеет линзовидную форму, а не сферическую, как у обычных поршневых моторов. Топливная смесь, сгорая в такой камере, превращается в тепловую энергию, которая расходуется в большей части неэффективно – ее избыток нагревает цилиндр, что в конечном итоге приводит к износу и выходу его из строя.

В-четвертых, высокий износ уплотнителей между форсунками ротора из-за перепадов давления в камерах сгорания двигателя. Именно поэтому ресурс таких двигателей составляет 100-150 тысяч км, после чего, как правило, требуется капитальный ремонт силового агрегата.

В-пятых, роторно-поршневой двигатель нуждается в своевременной и четко соблюдаемой процедуре смены моторного масла: мотор потребляет примерно 600 мл моторного масла на 1000 км, так что менять его приходится раз в 5000 км пробега. Если его вовремя не заменить, это чревато выходом из строя узлов и агрегатов мотора, что повлечет за собой дорогостоящий ремонт. То есть, к эксплуатации и обслуживанию роторно-поршневых двигателей следует подходить более ответственно, чем к обслуживанию обычных моторов, вовремя проводя их техническое обслуживание и капитальный ремонт.

Устройство автомобиля. Как работает роторный двигатель

Роторный двигатель представляет собой двигатель внутреннего сгорания, устройство которого в корне отличается от обычного поршневого двигателя.
В поршневом двигателе в одном и том же объеме пространства (цилиндре) выполняются четыре такта: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Роторный двигатель осуществляет те же такты, но все они происходят в различных частях камеры. Это можно сравнить с наличием отдельного цилиндра для каждого такта, причем поршень постепенно перемещается от одного цилиндра к другому.

Роторный двигатель изобретен и разработан доктором Феликсом Ванкелем и иногда называется двигатель Ванкеля или роторный двигатель Ванкеля.

В этой статье мы расскажем о том, как работает роторный двигатель. Для начала рассмотрим принцип его работы.

Принцип работы роторного двигателя

Ротор и корпус роторного двигателя Mazda RX-7. Эти детали заменяют поршни, цилиндры, клапаны и распредвал поршневого двигателя. Как и поршневой, роторный двигатель использует давление, которое создается при сгорании топливовоздушной смеси. В поршневых двигателях, это давление создается в цилиндрах, и приводит поршни в движение. Шатуны и коленчатый вал преобразуют возвратно-поступательные движения поршня во вращательное движение, которое может быть использовано для вращения колес автомобиля.

В роторном двигателе, давление сгорания образуется в камере, сформированной частью корпуса, закрытой стороной треугольного ротора, который используется вместо поршней.

Ротор вращается по траектории, напоминающую линию, нарисованную спирографом. Благодаря такой траектории, все три вершины ротора контактируют с корпусом, образуя три разделенных объема газа. Ротор вращается, и каждый из этих объемов попеременно расширяется и сжимается. Это обеспечивает поступление топливовоздушной смеси в двигатель, сжатие, полезную работу при расширении газов и выпуск выхлопа.

Далее мы расскажем о строении роторного двигателя, но, прежде всего, рассмотрим некоторые автомобили с таким типом двигателя.

Mazda RX-8

Mazda стала пионером в массовом производстве автомобилей с роторным двигателем. RX-7, который поступил в продажу в 1978 году, был, пожалуй, наиболее успешным автомобилем с роторным двигателем. Но ему предшествовал целый ряд автомобилей, грузовиков и даже автобусов с роторным двигателем, начиная с Cosmo Sport 1967 года. Однако RX-7 не производится с 1995 года, но идея роторного двигателя не умерла.

Mazda RX-8 оснащена роторным двигателем под названием RENESIS. Этот двигатель был назван лучшим двигателем 2003 г. Он является атмосферным двухроторным и производит 250 л.с.

Строение роторного двигателя

Роторный двигатель имеет систему зажигания и систему впрыска топлива, схожие с используемыми в поршневых двигателях. Строение роторного двигателя в корне отличается от поршневого.

Ротор

Ротор имеет три выпуклых стороны, каждая из которых выполняет роль поршня. Каждая сторона ротора имеет углубление, что повышает скорость вращения ротора, предоставляя больше пространства для топливовоздушной смеси.

На вершине каждой грани расположена металлическая пластина, которая разделяет пространство на камеры. Два металлических кольца на каждой стороне ротора формируют стенки этих камер.

В центре ротора расположено зубчатое колесо с внутренним расположением зубьев. Оно сопрягается с шестерней, закрепленной на корпусе. Такое сопряжение задает траекторию и направление вращения ротора в корпусе.

Корпус (статор)

Корпус имеет овальную форму (форму эпитрохоиды, если быть точным). Форма камеры разработана так, чтобы три вершины ротора всегда находились в контакте со стенкой камеры, образуя три изолированных объемах газа.

В каждой части корпуса происходит один из процессов внутреннего сгорания. Пространство корпуса разделено для четырех тактов:

  • Впуск
  • Сжатие
  • Рабочий такт
  • Выпуск

Порты впуска и выпуска расположены в корпусе. В портах отсутствуют клапаны. Выпускной порт непосредственно соединен с выхлопной системой, а впускной порт - с дросселем.

Выходной вал

Выходной вал (обратите внимание на эксцентриковые кулачки) Выходной вал имеет закругленные выступы-кулачки, расположенные эксцентрично, т.е. смещены относительно центральной оси. Каждый ротор сопряжен с одним из этих выступов. Выходной вал является аналогом коленчатого вала в поршневых двигателях. При вращении ротор толкает кулачки. Так как кулачки установлены несимметрично, сила с которой ротор на него давит, создает крутящий момент на выходном валу, заставляя его вращаться.

Сбор роторного двигателя

Роторный двигатель собирается слоями. Двухроторный двигатель состоит из пяти слоев, удерживаемых длинными болтами, установленными по кругу. Охлаждающая жидкость проходит через все части конструкции.

Два крайних слоя имеют уплотнения и подшипники для выходного вала. Они также изолируют две части корпуса, в которых расположены роторы. Внутренние поверхности этих частей являются гладкими, что обеспечивает надлежащее уплотнение роторов. Впускной порт подачи расположен в каждой из крайних частей.

Часть корпуса, в которой расположен ротор (обратите внимание на расположение выпускного порта) Следующий слой включает корпус ротора овальной формы и выпускной порт. В этой части корпуса установлен ротор.

Центральная часть включает два впускных порта - по одному для каждого ротора. Она также разделяет роторы, поэтому ее внутренняя поверхность является гладкой.

В центре каждого ротора расположено зубчатое колесо с внутренним расположением зубьев, которое вращается вокруг меньшей шестерни, установленной на корпусе двигателя. Она определяет траекторию вращения ротора.

Мощность роторного двигателя

В центральной части расположен впускной порт для каждого ротора Как и поршневые двигатели, в роторном двигателе внутреннего сгорания используется четырехтактный цикл. Но в роторном двигателе такой цикл осуществляется иначе.

За один полный оборот ротора эксцентриковый вал выполняет три оборота.

Основным элементом роторного двигателя является ротор. Он выступает в роли поршней в обычном поршневом двигателе. Ротор установлен на большом круглом кулачке выходного вала. Кулачок смещен относительно центральной оси вала и выступает в роли коленчатой рукояти, позволяя ротору вращать вал. Вращаясь внутри корпуса, ротор толкает кулачок по окружности, поворачивая его три раза за один полный оборот ротора.

Размер камер, образованных ротором, изменяется при его вращении. Такое изменение размера обеспечивает насосное действие. Далее мы рассмотрим каждый из четырех тактов роторного двигателя.

Впуск

Такт впуска начинается при прохождении вершины ротора через впускной порт. В момент прохождения вершины через впускной порт, объем камеры приближен к минимальному. Далее объем камеры увеличивается, и происходит всасывание топливовоздушной смеси.

При дальнейшем повороте ротора, камера изолируется, и начинается такт сжатия.

Сжатие

При дальнейшем вращении ротора, объем камеры уменьшается, и происходит сжатие топливовоздушной смеси. При прохождении ротора через свечи зажигания, объем камеры приближен к минимальному. В этот момент происходит воспламенение.

Рабочий такт

Во многих роторных двигателях установлено две свечи зажигания. Камера сгорания имеет достаточно большой объем, поэтому при наличии одной свечи, воспламенение происходило бы медленнее. При воспламенении топливовоздушной смеси образуется давление, приводящее ротор в движение.

Давление сгорания вращает ротор в сторону увеличения объема камеры. Газы сгорания продолжают расширяться, вращая ротор и создавая мощность до момента прохождения вершины ротора через выпускной порт.

Выпуск

При прохождении ротора через выпускной порт, газы сгорания под высоким давлением выходят в выхлопную систему. При дальнейшем вращении ротора, объем камеры уменьшается, выталкивая оставшиеся выхлопные газы в выпускной порт. К тому моменту, как объем камеры приближается к минимальному, вершина ротора проходит через впускной порт, и цикл повторяется.

Необходимо отметить, что каждая из трех сторон ротора всегда вовлечена в один из тактов цикла, т.е. за один полный оборот ротора осуществляется три рабочих такта. За один полный оборот ротора, выходной вал совершает три оборота, т.к. на один оборот вала приходится один такт.

Различия и проблемы

По сравнению с поршневым двигателем, роторный двигатель имеет определенные отличия.

Меньше движущихся деталей

В отличие от поршневого двигателя, в роторном двигателе используется меньше движущихся деталей. Двухроторный двигатель включает три движущиеся детали: два ротора и выходной вал. Даже в простейшем четырехцилиндровом двигателе используется не менее 40 движущихся деталей, включая поршни, шатуны, распредвал, клапаны, клапанные пружины, коромысла, ремень ГРМ и коленвал.

Благодаря уменьшению количества движущихся деталей, повышается надежность роторного двигателя. По этой причине некоторые производители вместо поршневых двигателей используют роторные на своих воздушных судах.

Плавная работа

Все части роторного двигателя вращаются непрерывно в одном направлении, а не постоянно меняют направление движения, как поршни в обычном двигателе. В роторных двигателях используются сбалансированные вращающиеся противовесы, предназначенные для гашения вибраций.

Подача мощности также обеспечивается более плавно. В связи с тем, что каждый такт цикла протекает за поворот ротора на 90 градусов, и выходной вал совершает три оборота на каждый оборот ротора, каждый такт цикла протекает за поворот выходного вала на 270 градусов. Это значит, что двигатель с одним ротором обеспечивает подачу мощности при 3/4 оборота выходного вала. В одноцилиндровом поршневом двигателе, процесс сгорания происходит на 180 градусах каждого второго оборота, т.е. 1/4 каждого оборота коленвала (выходной вал поршневого двигателя).

Медленная работа

В связи с тем, что ротор вращается со скоростью, равной 1/3 скорости вращения выходного вала, основные движущиеся детали роторного двигателя движутся медленнее, чем детали в поршневом двигателе. Благодаря этому, также обеспечивается надежность.

Проблемы

Роторные двигатели имеют ряд проблем:
  • Сложное производство в соответствии с нормами состава выбросов.
  • Затраты на производство роторных двигателей выше по сравнению с поршневыми, так как количество производимых роторных двигателей меньше.
  • Расход топлива у автомобилей с роторным двигателей выше по сравнению с поршневыми двигателями, в связи с тем, что термодинамический КПД снижен из-за большого объема камеры сгорания и низкого коэффициента сжатия.

Устройство роторного двигателя

После создания двигателя внутреннего сгорания началась эра автомобилей. Самое большое распространение при этом получил мотор поршневого типа. Но при этом с момента создания ДВС перед конструкторами стала задача извлечения максимального КПД при минимальных затратах топлива. Решалась эта задача несколькими путями – от технического улучшения уже имеющихся двигателей, до создания абсолютно новых, с другой конструкцией. Одним из таковых стал роторный двигатель.

Роторный двигатель

Появился он значительно позже поршневого, в 30-х годах. Полноценно работоспособная же модель такого двигателя появилась и вовсе в 50-х годах. После появления роторный двигатель вызвал заинтересованность у многих автопроизводителей, и все они кинулись разрабатывать свои модели роторных силовых установок, однако вскоре от них отказались в пользу обычных поршневых. Из приверженцев роторного мотора осталась только японская фирма Mazda, которая сделала такого типа мотор своей визитной карточкой.

Особенностью такого мотора является его конструкция, которая вообще не предусматривает наличие поршней. В целом это сильно сказалось на конструктивной простоте.

В поршневых моторах энергия сгораемого топлива воспринимается поршнем, который за счет своего возвратно-поступательного движения передает ее на кривошипы коленвала, обеспечивая ему вращение.

У роторных же двигателей энергия сразу преобразовывается во вращение вала, минуя возвратно-поступательное движение. Это сказывается на уменьшении потерь мощности на трение, меньшую металлоемкость и простоту конструкции. За счет этого КПД двигателя значительно возрастает.

Конструкция

Чтобы понять принцип работы, следует разобраться, какова конструкция роторного двигателя. Итак, вместо поршней энергия сгорания топлива у такого силового агрегата воспринимается ротором. Ротор имеет вид равностороннего треугольника. Каждая сторона этого треугольника и играет роль поршня.

Ротор

Чтобы обеспечить процесс горения, ротор помещается в закрытое пространство, состоящее из трех элементов – двух боковых корпусов, и одного центрального, называющегося статором. Пространство, в котором производится процесс горения, сделано в статоре, боковые корпуса обеспечивают только герметичность этого пространства.

Внутри статора сделан цилиндр, в котором и размещается ротор. Чтобы внутри этого цилиндра происходили все необходимые процессы, выполнен он в виде овала, с немного прижатыми боками.

Сам статор с одной стороны имеет окна для впуска топливовоздушной смеси или воздуха, и выпуска отработанных газов. Противоположно им сделано отверстие под свечи зажигания.

Устройство двигателя

Особенностью движения ротора в цилиндре статора является то, что его вершины постоянно контактируют с поверхностью цилиндра, его движение сделано по эксцентриковому типу. Он не только вращается вокруг своей оси, но еще и смещается относительно нее.

Для этого в роторе сделано большое отверстие, с одной стороны этого отверстия имеется зубчатый сектор. С другой стороны в ротор вставлен вал с эксцентриком.

Чтобы обеспечить вращение в боковой корпус установлена неподвижная шестерня, входящая в зацепление с зубчатым сектором ротора, она является опорной точкой для него. При своем эксцентриковом движении он опирается на неподвижную шестерню, а зацепление обеспечивает ему вращательное движение. Вращаясь, он обеспечивает и вращение вала с эксцентриком, на который он одет.

Принцип работы

Теперь о самом принципе работы. Выполнение определенной работы поршня внутри цилиндров называется тактами. Классический поршневой двигатель имеет четыре такта:

  • впуск — в цилиндр подается горючая смесь;
  • сжатие — увеличение давления в цилиндре за счет уменьшения объема;
  • рабочий ход — энергия, выделенная при сгорании смеси, преобразовывается во вращение вала;
  • выпуск — из цилиндра выводятся отработанные газы;

Данные такты имеют все двигатели внутреннего сгорания, и сопровождаются они определенным движением поршня.

Однако они выполняются по-разному. Существуют двухтактные поршневые двигатели, в которых такты совмещены, но такие моторы чаще применяются на мотоциклах и другой бензиновой технике, хотя раньше создавались и дизельные двухтактные моторы. В них одно движение поршня включает два такта. При движении поршня вверх – впуск и сжатие, а при движении вниз – рабочий ход и выпуск. Все это обеспечивается наличием впускных и выпускных окон.

Классические автомобильные поршневые двигатели обычно являются 4-тактными, где каждый такт отделен. Но для этого в двигатель включен механизм газораспределения, который значительно усложняет конструкцию.

Что касается роторного двигателя, то отсутствие поршня как такового позволило несколько совместить конструктивные особенности 2-тактных и 4-тактных моторов.

Принцип работы

Поскольку цилиндр роторного двигателя имеет впускные и выпускные окна, то надобность в газораспределительном механизме отпала, при этом сам процесс работы сохранил все четыре такта по отдельности.

Теперь рассмотрим, как все это происходит внутри статора. Углы ротора постоянно контактируют с цилиндром статора, обеспечивая герметичное пространство между сторонами ротора.

Овальная форма цилиндра статора обеспечивает изменение пространства между стенкой цилиндра и двумя близлежащими вершинами ротора.

Далее рассмотрим действие внутри цилиндра только с одной стороны ротора. Итак, при вращении ротора, одна из его вершин, проходя сужение овала цилиндра, открывает впускное окно и в полость между стороной треугольника ротора и стенкой цилиндра начинает поступать горючая смесь или воздух. При этом движение продолжается, эта вершина достигает и проходит высокую часть овала и дальше идет на сужение. Возможность постоянного контакта вершины ротора обеспечивается его эксцентриковым движением.

Впуск воздуха производится до тех пор, пока вторая вершина ротора не перекроет впускное окно. В это время первая вершина уже прошла высоту овала цилиндра и пошла на его сужение, при этом пространство между цилиндром и стороной ротора начинает значительно сокращаться в объеме – происходит такт сжатия.

В момент, когда сторона ротора проходит максимальное сужение, в пространство между стороной ротора и стенкой цилиндра подается искра, которая воспламеняет горючую смесь, сжатую между зауженной стенкой цилиндра и стороной ротора.

Особенностью роторного двигателя является то, что воспламенение производится не перед прохождением стороны так называемой «мертвой точки», как это делается в поршневом двигателе, а после ее прохождения. Делается это для того, чтобы энергия, выделенная при сгорании, воздействовала на ту часть стороны ротора, которая уже прошла ВМТ (верхняя мёртвая точка). Этим обеспечивается вращение ротора в нужную сторону.

После прохождения свечи, первая вершина ротора начинает открывать выпускное окно, и постепенно, пока вторая вершина не перекроет выпускное окно – производится отвод газов.

Такты двигателя

Следует отметить, что был описан весь процесс, сделанный только одной стороной ротора, все стороны проделывают процесс один за другим. То есть, за одно вращение ротора производится одновременно три цикла – пока в полость между одной стороной ротора и цилиндра запускается воздух или горючая смесь, в это время вторая сторона ротора проходит ВМТ, а третья – выпускает отработанные газы.

Теперь о вращении вала, на эксцентрик которого надет ротор. За счет этого эксцентрика полный оборот вала производится меньше чем за один оборот ротора. То есть, за один полный цикл вал сделает три оборота, при этом отдавая полезное действие дальше. В поршневом двигателе один цикл происходит за два оборота коленчатого вала и только один полуоборот при этом является полезным. Этим обеспечивается высокий выход КПД.

Если сравнить роторный двигатель с поршневым, то выход мощности с одной секции, которая состоит из одного ротора и статора, равна мощности 3-цилиндрового двигателя.

А если учитывать, что Mazda устанавливала на свои авто двухсекционные роторные моторы, то по мощности они не уступают 6-цилиндровым поршневым моторам.

Достоинства и недостатки

Теперь о достоинствах роторных моторов, а их вполне много. Выходит, что одна секция по мощности равна 3-цилиндровому мотору, при этом она в габаритных размерах значительно меньше. Это сказывается на компактности самых моторов. Об этом можно судить по модели Mazda RX-8. Этот автомобиль, обладая хорошим показателем мощности, имеет средне моторную компоновку, чем удалось добиться точной развесовки авто по осям, влияющую на устойчивость и управляемость авто.

Помимо компактных размеров в этом двигателе отсутствует газораспределительный механизм (ГРМ), ведь все фазы газораспределения выполняются самим ротором. Это значительно уменьшило металлоемкость конструкции, и как следствие – массу двигателя.

Из-за ненадобности поршней и ГРМ снижено количество подвижных частей в двигателе, что сказывается на надежности конструкции.

Сам двигатель из-за отсутствия разнонаправленных движений, которые есть в поршневом моторе, при работе меньше вибрирует.

Но и недостатков у такого двигателя тоже хватает. Начнем с того, что система смазки у него идентична с системой 2-тактного двигателя. То есть, смазка поверхности цилиндра производится вместе с топливом. Но только организация подачи масла несколько иная. Если в 2-тактном двигателе масло для смазки добавляется прямо в топливо, то в роторном оно подается через форсунки, а потом оно уже смешивается с топливом.

Использование такого типа смазки привело к тому, что для двигателя подходит только минеральное масло или специализированное полусинтетическое. При этом в процессе работы масло сгорает, что негативно сказывается на составе выхлопных газов. По экологичности роторный двигатель сильно уступает 4-тактному поршневому двигателю.

При всей простоте конструкции роторный мотор обладает сравнительно небольшим ресурсом. У той же Mazda пробег до капитального ремонта составляет всего 100 тыс. км. В первую очередь «страдают» апексы – аналоги компрессионных колец в поршневом двигателе. Апексы размещаются на вершинах ротора и обеспечивают плотное прилегание вершины к стенке цилиндра.

Недостатком является также невозможность проведения восстановительных работ. Если у ротора изношены посадочные места апексов – ротор полностью заменяется, поскольку восстановить эти места невозможно.

То же касается и цилиндра статора. При его повреждении расточка практически невозможна из-за сложности выполнения такой работы.

Из-за большой скорости вращения эксцентрикового вала, его вкладыши изнашиваются значительно быстрее.

В общем, при значительно простой конструкции, из-за сложности процессов его работы роторный двигатель оказывается по надежности значительно хуже поршневого.

Но в целом, роторный двигатель не является тупиковой ветвью развития двигателей внутреннего сгорания. Та же Mazda постоянно совершенствует данный тип мотора. К примеру, мотор, устанавливаемый на RX-8 по токсичности уже мало отличается от поршневого, что является большим достижением.

Теперь они стараются еще и увеличить ресурс. Однако это скорее всего будет достигнуто за счет использования особых материалов изготовления элементов двигателя, а также из-за высокой степени обработки поверхностей, что еще больше осложнит и увеличит стоимость ремонта.

особенности, преимущества и недостатки моторов

Идея роторного двигателя слишком заманчива: когда и конкурент весьма далек от идеала, кажется, что вот-вот преодолеем недостатки и получим не мотор, а само совершенство… Mazda находилась в плену этих иллюзий аж до 2012 года, когда была снята с производства последняя модель с роторным двигателем - RX-8.

История создания роторного двигателя

Второе имя роторного двигателя (РПД) - ванкель (этакий аналог дизеля). Именно Феликсу Ванкелю сегодня приписываются лавры изобретателя роторно-поршневого двигателя и даже рассказывается трогательная история о том, как Ванкель шел к поставленной цели тогда же, когда Гитлер шел к своей.

На самом деле все было чуточку иначе: талантливый инженер, Феликс Ванкель действительно трудился над разработкой нового, простого двигателя внутреннего сгорания, но это был другой двигатель, основанный на совместном вращении роторов.

После войны Ванкель был привлечен немецкой фирмой NSU, занимавшейся в основном выпуском мотоциклов, в одну из рабочих групп, трудившихся над созданием роторного двигателя под руководством Вальтера Фройде.

Вклад Ванкеля - это обширные исследования уплотнений вращающихся клапанов. Базовая схема и инженерная концепция принадлежат Фройде. Хотя у Ванкеля был патент на двойственное вращение.

Первый двигатель имел вращающуюся камеру и неподвижный ротор. Неудобство конструкции навело на мысль поменять схему местами.

Первый двигатель с вращающимся ротором начал работу в середине 1958 года. Он мало отличался от своего потомка наших дней - разве что свечи пришлось перенести на корпус.

Феликс Ванкель и его первый роторный двигатель

Вскоре фирма объявила о том, что ей удалось создать новый и очень перспективный двигатель. Почти сотня компаний, занимающихся производством автомобилей, закупила лицензии на выпуск этого мотора. Треть лицензий оказалась в Японии.

РПД в СССР

А вот Советский Союз лицензию не покупал вовсе. Разработки собственного роторного двигателя начались с того, что в Союз привезли и разобрали немецкий автомобиль Ro-80, производство которого NSU начала в 1967 году.

Через семь лет после этого на заводе ВАЗ появилось конструкторское бюро, разрабатывающее исключительно роторно-поршневые двигатели. Его трудами в 1976 году возник двигатель ВАЗ-311. Но первый блин получился комом, и его дорабатывали еще шесть лет.

Первый советский серийный автомобиль с роторным двигателем - это ВАЗ-21018, представленный в 1982 году. К сожалению, уже в опытной партии у всех машин вышли из строя моторы. Дорабатывали еще год, после чего появился ВАЗ-411 и ВАЗ 413, которые были взяты на вооружение силовыми ведомствами СССР. Там не особо переживали за расход топлива и малый ресурс мотора, зато нуждались в быстрых, мощных, но неприметных авто, способных угнаться за иномаркой.

ВАЗ с роторным двигателем (ГАИ)

РПД на Западе

На Западе роторный двигатель не произвел бума, а конец его разработкам в США и Европе положил топливный кризис 1973 года, когда цены на бензин резко взлетели, и покупатели машин стали прицениваться к моделям с экономным расходованием топлива.

Если учесть, что роторный двигатель съедал до 20 литров бензина на сотню км, продажи его во время кризиса упали до предела.

Единственной страной на Востоке, не утратившей веру, стала Япония. Но и там производители довольно быстро охладели к двигателю, который никак не желал совершенствоваться. И в конце концов там остался один стойкий оловянный солдатик - компания Mazda. В СССР топливный кризис не ощущался. Производство машин с РПД продолжалось и после распада Союза. ВАЗ прекратил заниматься РПД только в 2004 году. Mazda смирилась только в 2012.

Особенности роторного мотора

В основу конструкции положен ротор треугольной формы, каждая из граней которого имеет выпуклость (треугольник Рёло). Ротор вращается по планетарному типу вокруг центральной оси - статора. Вершины треугольника при этом описывают сложную кривую, именуемую эпитрохоидой. Форма этой кривой обуславливает форму капсулы, внутри которой вращается ротор.



У роторного мотора те же четыре такта рабочего цикла, что и у его конкурента - поршневого мотора.

Камеры образуются между гранями ротора и стенками капсулы, их форма - переменная серповидная, что является причиной некоторых существенных недостатков конструкции. Для изоляции камер друг от друга используются уплотнители - радиальные и торцевые пластины.

Если сравнивать роторный ДВС с поршневым, то первым бросается в глаза то, что за один оборот ротора рабочий ход происходит три раза, а выходной вал при этом вращается в три раза быстрее, чем сам ротор.

У РПД отсутствует система газораспределения, что весьма упрощает его конструкцию. А высокая удельная мощность при малом размере и весе агрегата являются следствием отсутствия коленвала, шатунов и других сопряжений между камерами.

Достоинства и недостатки роторных двигателей

Преимущества

  • Роторный двигатель хорош тем, что состоит из куда меньшего числа деталей, чем его конкурент - процентов на 35-40.

  • Два двигателя одинаковой мощности - роторный и поршневый - будут сильно отличаться габаритами. Поршневый в два раза больше.

  • Роторный мотор не испытывает большой нагрузки на высоких оборотах даже в том случае, если на низкой передаче разгонять машину до скорости более 100 км/ч.

  • Автомобиль, на котором стоит роторный двигатель, проще уравновесить, что дает повышенную устойчивость машины на дороге.

  • Даже самые легкие из транспортных средств не страдают от вибрации, потому что РПД вибрирует куда меньше, чем «поршневик». Это происходит в силу большей сбалансированности РПД.

Недостатки

  • Главным недостатком роторного двигателя автомобилисты назвали бы его малый ресурс, который является прямым следствием его конструкции. Уплотнители изнашиваются крайне быстро, так как их рабочий угол постоянно меняется.

  • Мотор испытывает перепады температур через каждый такт, что также способствует износу материала. Добавьте к этому давление, которое оказывается на трущиеся поверхности, что лечится только впрыскиванием масла непосредственно в коллектор.

  • Износ уплотнителей становится причиной утечки между камерами, перепады давления между которыми слишком велики. Из-за этого КПД двигателя падает, а вред экологии растет.

  • Серповидная форма камер не способствует полноте сгорания топлива, а скорость вращения ротора и малая длина рабочего хода - причина выталкивания еще слишком горячих, не до конца сгоревших газов на выхлоп. Помимо продуктов сгорания бензина там еще присутствует масло, что в совокупности делает выхлоп весьма токсическим. Поршневый - приносит меньше вреда экологии.

  • Непомерные аппетиты двигателя на бензин уже упоминались, а масло он "жрет" до 1 литр на 1000 км. Причем стоит раз забыть про масло и можно попасть на крупный ремонт, если не замену двигателя.

  • Высокая стоимость - из-за того, что для изготовления мотора нужно высокоточное оборудование и очень качественные материалы.


Как видите, недостатков у роторного двигателя полно, но и поршневый мотор несовершенен, поэтому состязание между ними не прекращалось так долго. Закончилось ли оно навсегда? Время покажет.

Рассказываем как устроен и работает роторный двигатель

Принцип работы роторного двигателя, плюсы и минусы системы

Как известно, принцип работы роторного двигателя основан на высоких оборотах и отсутствии движений, которыми отличается ДВС. Это и отличает агрегат от обычного поршневого двигателя. РПД называют ещё двигателем Ванкеля, и сегодня мы рассмотрим его работу и явные достоинства.

Ротор такого двигателя находится в цилиндре. Сам корпус не круглого типа, а овального, чтобы ротор треугольной геометрии нормально в нём помещался. У РПД не бывает коленчатого вала и шатунов, а также отсутствуют в нём другие детали, что делает его конструкцию намного проще. Если говорить другими словами, то примерно около тысячи деталей обычного двигателя внутреннего сгорания в РПД нет.

Работа классического РПД основана на простом движении ротора внутри овального корпуса. В процессе движения ротора по окружности статора создаются свободные полости, в которых и происходят процессы запуска агрегата.

Удивительно, но роторный агрегат представляет собой некий парадокс. В чём он заключается? А в том, что он имеет гениально простую конструкцию, которая почему-то не прижилась. А вот более сложный поршневой вариант стал популярным и повсюду используется.

Содержание статьи:

Строение и принцип работы роторного двигателя

Схема работы роторного двигателя представляет собой нечто совершенно иное, чем обычный ДВС. Во-первых, следует оставить в прошлом конструкцию двигателя внутреннего сгорания, известную нам. А во-вторых, попытаться впитать в себя новые знания и понятия.

Как и поршневой, роторный двигатель использует давление которое создается при сжигании смеси воздуха и топлива. В поршневых двигателях, это давление создается в цилиндрах, и двигает поршни вперед и назад. Шатуны и коленчатый вал преобразуют возвратно-поступательные движения поршня во вращательное движение, которое может быть использовано для вращения колес автомобиля.

РПД назван так из-за ротора, то есть такой части мотора, которая движется. Благодаря этому движению мощность передаётся на сцепление и КПП. По сути, ротор выталкивает энергию топлива, которая затем передаётся колёсам через трансмиссию. Сам ротор выполнен обязательно из легированной стали и имеет, как и говорилось выше, форму треугольника.

Капсула, где находится ротор, — это своеобразная матрица, центр вселенной, где все процессы и происходят. Другими словами, именно в этом овальном корпусе происходит:

  • сжатие смеси;
  • топливный впрыск;
  • поступление кислорода;
  • зажигание смеси;
  • отдача сгоревших элементов в выпуск.

Одним словом, шесть в одном, если хотите.

Сам ротор крепится на специальном механизме и не вращается вокруг одной оси, а как бы бегает. Таким образом, создаются изолированные друг от друга полости внутри овального корпуса, в каждой из которых и происходит какой-либо из процессов. Так как ротор треугольный, то полостей получается всего три.

Всё начинается следующим образом: в первой образующейся полости происходит всасывание, то есть камера наполняется воздушно-топливной смесью, которая здесь же перемешивается. После этого ротор вращается и толкает эту перемешанную смесь в другую камеру. Здесь смесь сжимается и воспламеняется при помощи двух свечей.

Смесь после этого идёт в третью полость, где и происходит вытеснение частей использованного топлива в систему выхлопа.

Это и есть полный цикл работы РПД. Но не всё так просто. Это мы рассмотрели схему РПД только с одной стороны. А действия эти проходят постоянно. Если говорить иначе, процессы возникают сразу с трёх сторон ротора. В итоге всего за единственный оборот агрегата повторяется три такта.

Кроме того, японским инженерам удалось усовершенствовать роторный двигатель. Сегодня роторные двигатели Мазда имеют не один, а два и даже три ротора, что в значительной мере повышает производительность, тем более если сравнить его с обычным двигателем внутреннего сгорания. Для сравнения: двухроторный РПД сравним с шестицилиндровым ДВС, а 3-роторный с двенадцатицилиндровым. Вот и получается, что японцы оказались такими дальновидными и преимущества роторного мотора сразу распознали.

Опять же, производительность — это не одно достоинство РПД. Их у него много. Как и было сказано выше, роторный двигатель очень компактный и в нём используется на целых тысячу деталей меньше, чем в том же ДВС. В РПД всего две основные детали — ротор и статор, а проще этого ничего не придумаешь.

Принцип работы роторного двигателя

Принцип работы роторно-поршневого двигателя заставил в своё время многих талантливых инженеров удивлённо вскинуть бровями. И сегодня талантливые инженеры компании Мазда заслуживают всяческих похвал и одобрения. Шутка ли, поверить в производительность, казалось бы, похороненного двигателя и дать ему вторую жизнь, да ещё какую!

Роторный двигатель в разрезе Ротор роторного двигателя Камера роторного двигателя

Ротор имеет три выпуклых стороны, каждая из которых действует как поршень. Каждая сторона ротора имеет углубление в ней, что повышает скорость вращения ротора в целом, предоставляя больше пространства для топливо-воздушной смеси. На вершине каждой грани находится по металлической пластине, которые и формируют камеры, в которых происходят такты двигателя. Два металлических кольца на каждой стороне ротора формируют стенки этих камер. В середине ротора находится круг, в котором имеется множество зубьев. Они соединены с приводом, который крепится к выходному валу. Это соединение определяет путь и направление, по которому ротор движется внутри камеры.

Камера двигателя приблизительно овальной формы (но если быть точным — это Эпитрохоида, которая в свою очередь представляет собой удлиненную или укороченную эпициклоиду, которая является плоской кривой, образуемой фиксированной точкой окружности, катящейся по другой окружности). Форма камеры разработана так, чтобы три вершины ротора всегда находились в контакте со стенкой камеры, образуя три закрытых объемах газа. В каждой части камеры происходит один из четырех тактов:

  • Впуск
  • Сжатие
  • Сгорание
  • Выпуск

Отверстия для впуска и выпуска находятся в стенках камеры, и на них отсутствуют клапаны. Выхлопное отверстие соединено непосредственно с выхлопной трубой, а впускное напрямую подключено к газу.

Выходной вал роторного двигателя

Выходной вал имеет полукруглые выступы-кулачки, размещенные несимметрично относительно центра, что означает, что они смещены от осевой линии вала. Каждый ротор надевается на один из этих выступов. Выходной вал является аналогом коленчатого вала в поршневых двигателях. Каждый ротор движется внутри камеры и толкает свой кулачок.

Так как кулачки установлены несимметрично, сила с которой ротор на него давит, создает крутящий момент на выходном валу, заставляя его вращаться.

Строение роторного двигателя

Роторный двигатель состоит из слоев. Двухроторный двигателя состоят из пяти основных слоев, которые удерживаются вместе благодаря длинным болтам, расположенным по кругу. Охлаждающая жидкость протекает через все части конструкции.

Два крайних слоя закрыты и содержат подшипники для выходного вала. Они также запечатаны в основных разделах камеры, где содержатся роторы. Внутренняя поверхность этих частей очень гладкая и помогает роторам в работе. Отдел подачи топлива расположен на конце каждой из этих частей.

Следующий слой содержит в себе непосредственно сам ротор и выхлопную часть.

Центр состоит из двух камер подачи топлива, по одной для каждого ротора. Он также разделяет эти два ротора, поэтому его внешняя поверхность очень гладкая.

В центре каждого ротора крепится две большие шестерни, которые вращаются вокруг более маленьких шестерней и крепятся к корпусу двигателя. Это и является орбитой для вращения ротора.

Конечно же, если бы у роторного мотора не было недостатков, то он обязательно бы применялся на современных автомобилях. Возможно даже, что, если бы роторный двигатель был безгрешен, мы и не узнали бы про двигатель поршневой, ведь роторный создали раньше. Затем человеческий гений, пытаясь усовершенствовать агрегат, и создал современный поршневой вариант мотора.

Но к сожалению, минусы у роторного двигателя имеются. К таким вот явным ляпам этого агрегата можно отнести герметизацию камеры сгорания. А в частности, это объясняется недостаточно хорошим контактом самого ротора со стенками цилиндра. При трении со стенками цилиндра металл ротора нагревается и в результате этого расширяется. И сам овальный цилиндр тоже нагревается, и того хуже — нагревание происходит неравномерно.

Если в камере сгорания температура бывает выше, чем в системе впуска/выпуска, цилиндр должен быть выполнен из высокотехнологичного материала, устанавливаемого в разных местах корпуса.

Для того чтобы такой двигатель запустился, используются всего две свечи зажигания. Больше не рекомендуется ввиду особенностей камеры сгорания. РПД наделён бывает совершенно иной камерой сгорания и выдаёт мощность три четверти рабочего времени ДВС, а коэффициент полезного действия составляет целых сорок процентов. По сравнению: у поршневого мотора этот же показатель составляет 20%.

Преимущества роторного двигателя

Меньше движущихся частей

Роторный двигатель имеет намного меньше частей, чем скажем 4-х цилиндровый поршневой движок. Двух роторный двигатель имеет три главные движущиеся части: два ротора и выходной вал. Даже самый простой 4-х цилиндровый поршневой двигатель имеет как минимум 40 движущихся частей, включая поршни, шатуны, стержень, клапаны, рокеры, клапанные пружины, зубчатые ремни и коленчатый вал. Минимизация движущихся частей позволяет получить роторным двигателям более высокую надежность. Именно поэтому некоторые производители самолетов (к примеру Skycar) используют роторные двигатели вместо поршневых.

Мягкость

Все части в роторном двигателе непрерывно вращаются в одном направлении, в отличие от постоянно изменяющих направление поршней в обычном двигателе. Роторный движок использует сбалансированные крутящиеся противовесы, служащие для подавления любых вибраций. Подача мощности в роторном двигателе также более мягкая. Каждый цикл сгорания происходит за одни оборот ротора в 90 градусов, выходной вал прокручивается три раза на каждое прокручивание ротора, каждый цикл сгорания проходит за 270 градусов за которые проворачивается выходной вал. Это значит, что одно роторный двигатель вырабатывает мощность в три четверти . Если сравнивать с одно-цилиндровым поршневым двигателем, в котором сгорание происходит каждые 180 градусов каждого оборота, или только четверти оборота коленчатого вала.

Неспешность

В связи с тем, что роторы вращаются на одну треть вращения выходного вала, основные части двигателя вращаются медленней, чем части в обычном поршневом двигателе. Это также помогает и в надежности.

Малые габариты + высокая мощность

Компактность системы вместе с высоким КПД (сравнительно с обычным ДВС) позволяет из миниатюрного 1,3-литрового мотора выдавать порядка 200-250 л.с. Правда, вместе с главным недостатком конструкции в виде высокого расхода топлива.

Недостатки роторных моторов

Самые главные проблемы при производстве роторных двигателей:

  • Достаточно сложно (но не невозможно) подстроиться под регламент выброса CO2 в окружающую среду, особенно в США.
  • Производство может стоить намного дороже, в большинстве случаев из-за небольшого серийного производства, по сравнению с поршневыми двигателями.
  • Они потребляют больше топлива, так как термодинамическое КПД поршневого двигателя снижается в длинной камере сгорания, а также благодаря низкой степени сжатия.
  • Роторные двигатели в силу конструкции ограничены в ресурсе — в среднем это порядка 60-80 тыс. км

Такая ситуация просто вынуждает причислять роторные двигатели к спортивным моделям автомобилей. Да и не только. Приверженцы роторного двигателя сегодня нашлись. Это известный автопроизводитель Мазда, вставший на путь самурая и продолживший исследования мастера Ванкеля. Если вспомнить ту же ситуацию с Субару, то становится понятен успех японских производителей, цепляющихся, казалось бы, за всё старое и отброшенное западниками как ненужное. А на деле японцам удаётся создавать новое из старого. То же тогда произошло с оппозитными двигателями, являющимися на сегодняшний день «фишкой» Субару. В те же времена использование подобных двигателей считалось чуть ли не преступлением.

Работа роторного двигателя также заинтересовала японских инженеров, которые на этот раз взялись за усовершенствование Мазды. Они создали роторный двигатель 13b-REW и наделили его системой твин-турбо. Теперь Мазда могла спокойно поспорить с немецкими моделями, так как открывала целых 350 лошадок, но грешила опять же большим расходом топлива.

Пришлось идти на крайние меры. Очередная модель Мазда RX-8 с роторным двигателем уже выходит с 200 лошадками, что позволяет сократить расход топлива. Но не это главное. Заслуживает уважения другое. Оказалось, что до этого никто, кроме японцев, не догадался использовать невероятную компактность роторного двигателя. Ведь мощность в 200 л.с. Мазда RX-8 открывала с двигателем объёмом 1,3 литра. Одним словом, новая Мазда выходит уже на другой уровень, где способна конкурировать с западными моделями, беря не только мощностью мотора, но и другими параметрами, в том числе и низким расходом топлива.

Удивительно, но РПД пытались ввести в работу и у нас в стране. Такой двигатель был разработан для установки его на ВАЗ 21079, предназначенный как транспортное средство для спецслужб, однако проект, к сожалению, не прижился. Как всегда, не хватило бюджетных денег государства, которые чудесным образом из казны выкачиваются.

Зато это удалось сделать японцам. И они на достигнутом результате останавливаться не желают. По последним данным, производитель Мазда усовершенствует двигатель и в скором времени выйдет новая Мазда, уже с совершенно другим агрегатом.

Разные конструкции и разработки роторных двигателей

Двигатель Ванкеля

Двигатель Желтышева

Двигатель Зуева

Роторный двигатель (принцип работы, достоинства, недостатки, перспективы)

 Роторный двигатель изобрел доктор Феликс Ванкель, вернее он был соавтором совместно с Вальтером Фройде. В 1957 году они разрабатывали две модели аналогичных роторных двигателей, но двигатель Ванкеля нашел более широкое применение. Именно поэтому этот двигатель часто также называют двигателем Ванкеля или роторным двигателем Ванкеля.
 Роторный двигатель, как и двигатель в вашей машине является двигателем внутреннего сгорания, но принцип его работы совершенно другой, в отличии от обычного поршневого двигателя.

 Если в поршневом двигателе, существует несколько (в зависимости от цилиндров) рабочих объемов (цилиндр и поршень),  поочередно выполняющих свои стандартные циклы – забор смеси, сжатие, зажигание и выхлоп, то в роторном, поршни заменены ротором. (рабочий треугольный орган в форме эпитрохоида), который в зависимости от угла поворота поочередно, совместно с корпусом, участвует все в тех же циклах перечисленных ранее (забор, сжатие, зажигание, выброс)
 В этой статье мы узнаем о том, как работает роторный двигатель, о его особенностях и интересных фактах связанных с ним, о достоинствах и недостатках. Давайте начнем наше знакомство с роторным двигателем, с принципа его работы.

Принцип работы роторно-поршневого  двигателя

Как и поршневой двигатель, роторный двигатель использует давление, создаваемое при сгорании топливно-воздушной смеси. Как и в поршневом двигателе, входное отверстие сообщается с дроссельной заслонкой, а выпускное с выхлопной системой. Если в поршневом двигателе это давление образуется в цилиндрах, а затем посредством поршней, шатунов передается на коленчатый вал, то в роторном двигателе передаточные звенья отсутствуют. Треугольный ротор в роторном двигателе является своеобразным поршнем, вращающимся по кругу и передающим крутящий момент на выходной вал.
 Фактически ротор при вращении делит общую камеру на три изолированных, в объеме каждой из этих условных камер происходит свой цикл (забор, сжатие, зажигание, выброс). Как и в случае с поршневым двигателем, роторные двигатели имеют всего 4 такта.
 Как правило, даже в самом простом роторном двигателе применяют два ротора. Такая конструкция позволяет уменьшить детонацию, увеличить стабильность работы двигателя. Если вы внимательно посмотрите на картинку, то увидите, что один полный оборот ротора, соответствует 3 оборотом вала.
 Сердцем роторного двигателя является ротор. Ротор в данном случае эквивалентен поршням в обычном двигателе. Ротор установлен на вал с неким эксцентриситетом. Фактически такое смещение можно сравнить с рукояткой на лебедке. Подобная установка ротора, позволяет передавать крутящий момент от него на вал.
 Как мы уже говорили, двигатель имеет 4 такта, они меняются в зависимости от угла поворота ротора. Сейчас мы кратко рассмотрим каждый из данных тактов в роторном двигателе. 

Забор топливно-воздушной смеси в роторном двигателе

Забор смеси начинается в тот момент, когда одна из вершин ротора проходит впускной клапан в корпусе. В это время, объем камеры расширяется, вовлекая в свое увеличивающееся пространство топливно-воздушную смесь. В тот момент, когда следующая вершина ротора проходит впускной канал, начинается следующий такт.
Сжатие топливно-воздушной смеси в роторном двигателе
Во время поворота ротора, объем смеси захваченной ротором уменьшается, что приводит к повышению давления. Максимальное давление образуется в тот момент, когда топливно-воздушная смесь находится в зоне свечей.

Сжигание топливно-воздушной смеси

Для зажигания смеси, как и в поршневом двигателе, используются свечи. Они зажигают смесь одновременно, то есть срабатывают синхронно. Обычно для роторного двигателя применяют две свечи зажигания. Применение двух свечей зажигания связано с особенностями рабочего объема. Он как бы вытянут по стенке корпуса, именно поэтому, эффективней использовать две свечи, чтобы смесь сгорала более быстро и равномерно. В случае с одной свечкой, смесь будет сгорать дольше, если можно так сказать постепенно, что значительно понизит пиковое давление во время взрыва при зажигании топливно-воздушной смеси.
 В итоге, от образовавшегося давления взрывной волны, получается рабочее усилие, проворачивающее ротор на эксцентрике вала. Крутящий момент передается на выходной вал. Ротор проворачивается до отверстия выпуска выхлопных газов.

Выброс отработавших выхлопных газов

Как только ротор одной из своих вершин пересекает границу выпускного отверстия, начинается выброс выхлопных газов. Ротор по инерции, а также посредством второго ротора, работающего асинхронно, продолжает менять свой угол и перемещается вершиной до впускного отверстия. Здесь все происходит заново от такта забора до такта выброса.

Узлы (детали) роторного двигателя

Далее мы расскажем о составляющих частях роторного двигателя, что также отчасти поможет вам в более точном понимании работы двигателя. Роторный двигатель имеет в своем составе систему зажигания, систему питания, систему охлаждения, которые похожи на те, что применяются в поршневых двигателях. А теперь о уникальных деталях.

Ротор роторного двигателя

Ротор имеет три выпуклых поверхности с фразированными углублениями. Углубление позволяют несколько увеличить рабочий объем.  На вершинах (углах) ротора имеются уплотнительные, однонаправленные пластинки. Именно они учувствуют в герметизации между ротором и корпусом. Есть также металлические кольца на каждой из сторон ротора, которые отделяют рабочую камеру от картера двигателя.  Кроме того, ротор имеет в центре с одной стороны зубчатый венец. Этот венец жестко закреплен с ротором. Именно через данную зубчатую передачу передается рабочий крутящий момент от двигателя.

Корпус роторного двигателя

 

Корпус роторного двигателя, словно многослойный пирог. Он имеет свои крышки, рабочие камеры, разделительные стенки. Лучше всего понять конструкцию корпуса можно будет взглянув на картинку.
Из нее видно, что двигатель имеет две камеры, разделенные стенкой и крышки с двух сторон. Все остальное конечно тоже имеет значение, но первостепенно именно то, что мы перечислили.
 А теперь мы расскажем о рабочих камерах корпуса роторного двигателя. 

  Внутренняя полость корпуса представляет из себя сложную форму, напоминающую овал. На самом деле овал имеет определенные компенсирующие отливы, которые обеспечивают герметизацию всех трех камер разделенных ротором, вне зависимости от угла его поворота и происходящего цикла. Для каждого цикла, в корпусе роторного двигателя, отведено свое место. В зависимости от угла поворота ротора выполняется соответствующий цикл, который повторяется с периодичностью через каждые 360 градусов поворота ротора
 Выпускные отверстия для выброса сгоревших газов, находятся также в корпусе рабочей камеры. Промежуточная стенка между камерами (на фото ниже)

удерживает вал в совеем центральном отверстии, уплотняется с роторами по боковым стенкам, имеет элементы системы охлаждения, инжекционные порты, направляющие втулки.

Выходной вал роторного двигателя

 Выходной вал имеет эксцентрики, в данном случае их два, так как на вал устанавливается два ротора, которые работают в противофазе, когда один в цикле выброса отработавших газов, второй в цикле забора смеси. Применение двух роторов позволяют скомпенсировать биения во время работы двигателя и соответственно уменьшить детонацию. За счет смещения эксцентрика и перемещения каждого из роторов по стенкам в корпусе двигателя, они стараются провернуть вал. В итоге, на нем образуется рабочий крутящий момент.

Достоинства роторного двигателя

Как мы уже упоминали, главным достоинством роторного двигателя является отсутствие передающих звеньев, а именно шатунов. Кроме того, для роторного двигателя не требуется  клапанов, пружин клапанов, распределительного вала, ремня ГРМ и т.д. Все это в итоге сказывается на габаритах и массе двигателя. Именно поэтому многие производители самолетов (например Skycar, Schleicher), предпочитают поршневым двигателям роторные.
 К плюсам роторного двигателя, как мы уже тоже говорили, можно отнести и очень хорошую сбалансированность деталей в нем. Его можно сравнить с оппозитным 4 поршневым двигателем.
 роторный двигатель более длительное время, по сравнению с поршневым, выдает крутящий момент на выходной вал. Если для роторного двигателя выход мощности на вал длится порядка ¾ оборота (270 градусов), то для поршневого двигателя крутящий момент передается только в течении ½ оборота (180 градусов)
 Так как ротор вращается всего один раз за три оборота вала, это также сказывается на ресурсе ротора, в отличии от поршневых двигателей, где поршень делает полный цикл за оборот вала. У японский моделей автомобилей, ресурс двигателя может достигать 300 т. км.

Недостатки роторных двигателей

 Так в современном мире роторные двигатели массово не применяются вследствие низкой экологичности.
 Роторные двигатели потребляют большее количество топлива, вследствие низких рабочих давлений в камере сгорания.
 Роторные двигатели не так распространены, что может стать проблемой при их ремонте и эксплуатации.
 В двигателе фактически нет системы смазки. Определенное количество смазки (моторного масла) постоянно выбрасывается в корпус к ротору. В итоге у двигателя имеется значительный расход масла. Кроме того, это должно быть высококачественное минеральное масло без присадок, так как «синтетика» выгорая, образует на стенках корпуса нагар.
 Двигатели намного сильнее нагреваются чем поршневые двигатели.

Всемирно известные автомобили, выпускающиеся с роторными двигателями

(На фото Mazda Cosmo Sport и Mazda RX8)

 Японская компания Mazda была пионером в разработке серийных автомобилей с роторным двигателем. Так первая Мазда Cosmo Sport увидела свет в далеком 1967 году. Следующее поколение - Mazda RX-7 поступила в продажу в 1978 году. Пожалуй, это была одна из самых удачных машин с роторным двигателем.  И последнее поколение автомобилей с роторным двигателем это Мазда RX-8.
 И в итоге, самым мощным без турбонаддува двигателем внутреннего сгорания стал двигатель «Renesis» от Мазда, объёмом всего 1,3 л. Именно у него рекордный показатель мощности к рабочему объему двигателя, а именно 250 л. с.
 В последние годы компании Мазда удалось значительно улучшить характеристики роторных двигателей. Двигатели стали более экологичны, и не требуют такого объема масла для смазки.
Выпускались автомобили с роторным двигателем и другими авопроизводителями: Audi, Mercedes.
  В СССР на АвтоВАЗе также выпускали ряд роторных двигателей. Роторные двигатели ставились на автомобиль 21079 (1,3 л 140 л.с.) и планировались к эксплуатации в спецслужбах.
 В 90 годах, в Научно-техническом центре ВАЗ были созданы следующие роторные двигатели ВАЗ-416, ВАЗ-426, ВАЗ-526.

Перспективы роторных двигателей

Основные перспективы роторных двигателей связаны с переходом на водородное топливо. Во-первых сразу решается проблема экологичности, а во-вторых, роторные двигатели практически не подвержены детонации при работе с этим видом топлива.

Принцип работы роторного двигателя — устройство, недостатки и преимущества, видео - Статьи

Мировые автомобильные концерны выпустили на рынок машины с этими силовыми агрегатами, но позднее отказались от данной продукции. Что же произошло? Предлагаем разобраться в преимуществах и недостатках роторов, рассмотреть принцип работы РПД (роторно-поршневого двигателя). 

Эти тепловые моторы не нуждаются в запчастях, преобразующих поступательный импульс во вращательный (коленчатый вал). Такая особенность конструкции приводит к сокращению потерь. При наличии поршней в цилиндре производится четыре такта:

  • впуск;

  • сжатие;

  • рабочий ход;

  • выпуск.

В роторе эти процессы происходят в разных частях камеры.

Вывод на рынок авто с высоким КПД — мечта любого автоконцерна. Почему же он так и не получил широкого распространения? Давайте разбираться.  

Узнайте стоимость ремонта роторного двигателя онлайн за 3 минуты

Не тратьте время впустую – воспользуйтесь поиском Uremont и получите предложения ближайших сервисов с конкретными ценами!

Устройство роторного двигателя

Действие всех типов моторов основано на давлении, возникающем при сгорании топлива. 

В агрегатах с поршневой группой коленчатый вал и шатуны трансформируют возвратно-поступательную энергию во вращение. В результате колеса крутятся. В движке Ванкеля (альтернативное название ДВС с ротором) используется другое техническое решение. Давление производится в камере, являющейся частью корпуса. Закрытая сторона роторного треугольника выступает в роли поршней. 

В роторном двигателе внутреннего сгорания производится вращение, похожее на кривую спирографа. При заданной траектории три вершины находятся в контакте с корпусом. Образуются три независимых объема для газа. При вращении запчасти эти камеры сжимаются/расширяются, как следствие:

  • топливно-воздушная смесь поступает в мотор;

  • сжимается;

  • производит необходимую работу в результате расширения;

  • выходит через выхлоп.

Схема роторного двигателя — особенности конструкции

В статоре предусмотрено пространство для горения. Корпусы по бокам служат для герметичности системы. Внутри рабочей камеры размещается цилиндр, а в нем — ротор. Овальная форма с прижатыми боковинами обусловлена параметрами узла. В самом статоре с одной стороны предусмотрено отверстие, впускающее воздух. С другой — окно для свечей зажигания. Ротор в цилиндре смещается относительно оси и одновременно двигается вокруг нее. Вращение в сторону обеспечивается неподвижной шестерней, зацепление с которой и определяет характер движения.   

Схема и принцип работы роторного двигателя

Мы уже описывали рабочие такты “впуск-сжатие-рабочий ход-выпуск”. 

В двухтактных агрегатах они совмещены и обычно устанавливаются на мотоциклах. 

Раньше на рынке были представлены дизели с мотором Ванкеля — сейчас они в дефиците. “Классика” представлена четырехтактными вариантами, но в этом случае в конструкции предусмотрен газораспределяющий механизм.

В роторах отсутствие поршневой системы дало возможность совместить технические характеристики 2- и 4-тактных движков. Специальное приспособление, распределяющее газ, в данном случае не нужно за счет специальных отверстий в цилиндре. 

Устройство роторно-поршневого двигателя — плюсы и минусы

Теперь о достоинствах рассматриваемого агрегата. Одна его секция сравнима по мощности с трехцилиндровым мотором, при этом занимает существенно меньше места. Например, Mazda RX8 обладает хорошей мощностью при средней компоновке движка. Это стало возможно благодаря разнесению веса автомобиля по осям. Такой автомобиль обладает хорошей управляемостью и устойчивостью.

Здесь нет ГРМ, что сильно облегчило конструкцию, благодаря меньшему количеству металла в ней. Дополнительный приятный бонус — пропадает необходимость во многих подвижных запчастях. В результате агрегат прочнее. Сам мотор вибрирует меньше, так как в нем нет разнонаправленных движений (в сравнении с классикой).  

Применение роторного двигателя имеет и недостатки. Смазочная система здесь идентична двухтактному аналогу — цилиндрическая поверхность обрабатывается одновременно с горючим. Но способ подачи здесь особенный — через форсунки. Из-за данной особенности такой тип движков требует специального полусинтетического или минерального рабочего раствора. При сгорании масла получаем чрезмерно загрязненный выхлоп, что плохо влияет на экологию.

Конструктивная простота рассматриваемого устройства имеет и обратную сторону — небольшой ресурс. Первыми “летят” апексы (альтернатива кольцам компрессии в традиционных моторах). Интересно, что, если изнашиваются посадочные места этих деталей роторного двигателя, все устройство идет под замену — восстановить его невозможно. 

Расточка статора тоже вызывает огромные трудности и считается технически неоправданной.     

В итоге получается, что по надежности подобный ДВС сильно уступает своим поршневым “братьям”, несмотря на свою конструктивную простоту. Так происходит из-за высокой сложности самих процессов в нем. 

От производства этого вида движков не отказались. Например, “Мазда” продолжает совершенствовать технологию и добилась успехов — снизился уровень токсичности почти до показателей поршневых агрегатов. Остается решить вопрос с увеличением ресурса. Это возможно за счет высокотехнологичной обработки поверхностей и применения особых материалов для производства запчастей, что неминуемо приведет к большим сложностям в ремонте (и, соответственно, к повышению стоимости).   

Куда обращаться при проблемах с движком

Некоторые проблемы можно решить самостоятельно, если вы уверены в своих силах и готовы выделить время. Опытные автовладельцы советуют тщательно оценить ситуацию. Почитайте форумы, где общаются владельцы таких же автомобилях. Найдите пошаговое видео с подробным описанием процесса. Агрегатор Uremont.com предоставляет возможность общения с профессионалами в чате. На вопросы здесь в считаные минуты отвечают специалисты партнерских СТО. Помимо указанной опции, здесь найдете:

  • интерактивную карту с адресами автомастерских;

  • отзывы и оценки пользователей;

  • онлайн-бланк заявки и пр.

Что такое ротор - типы, работа, функции и применение

Ротор был изобретен в начале 1800-х годов и был обнаружен военно-морскими офицерами Р. П. К. Шпенглером и Тео А. ван Хенгелем. Ранее он использовался в динамике ротора для шифрования файлов, особенно используемых в криптографии. Изобретение этого типа также поддерживает Густав де Лаваль, который занимается разработкой турбинного оборудования. Этот тип предполагалось назвать типом Лаваля по имени Густав де Лаваль.В этой статье мы обсудим, что такое ротор, виды работы, как он работает, а также принцип работы, функции и приложения.

Что такое ротор?

Это вращающаяся часть станка. Он прикреплен к валу, который на конце соединен со шпонкой в ​​качестве замка. Эта вращающаяся часть рассматривается как ротор, который вращается внутри магнитного поля, когда создается крутящий момент.

Строительство

Беличья клетка и контактное кольцо IM отличаются только вращающейся конструкцией, в то время как конструкция статора для обеих машин одинакова.Машина сделана из пластин, и эти пластинки, сделанные из статора, более тонкие и сделаны из более толстых пластин. Проводники сделаны из меди, и они закорочены с обеих сторон концевыми кольцами так, чтобы образовался замкнутый путь. Эти стержни перекошены для уменьшения потерь на вихревые токи. Эти медные шины также выкованы для увеличения механической прочности, чтобы через них могло проходить большее количество тока. Медные шины намотаны в соответствии с требованиями к сердечнику якоря и считаются обмоткой, показанной на рисунке ниже.

обмотка

Причина использования только меди заключается в том, что мы получаем меньше омических потерь, а также можно повысить эффективность. Но если использовать алюминиевые проводники, у них высокое сопротивление, то омические потери будут больше, а КПД меньше. Коммутатор, якорь, многослойный магнитный сердечник из мягкого чугуна, вал, обмотка и шарикоподшипник - все вместе рассматриваются как вращающаяся часть. Потому что все эти внутренние части вместе вращаются внутри магнитного поля. Ядро этого типа показано на рисунке ниже.

ядро ​​

Рабочий / Функциональный

Обычно в генераторе он вращается, когда проводник вращается внутри магнитного потока, он индуцирует ЭДС, которая дополнительно создает крутящий момент. Этот крутящий момент, в свою очередь, вращает вращающуюся часть.

Типы

Есть разные типы вращающихся частей. Это беличья клетка и контактное кольцо. Тип с короткозамкнутым ротором и статор рассматриваются как асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, тогда как тип контактного кольца и статор вместе рассматриваются как асинхронный двигатель с контактным кольцом.Электродвигатель с контактным кольцом показан на рисунке ниже.

Электродвигатель с контактным кольцом

Беличья клетка / жесткий ротор

Не существует определенного количества полюсов для конструкции, оно зависит от количества полюсов статора. Если у статора 4 полюса, то и у вращающейся части должно быть 4 полюса. Этот тип реакции вращающейся части будет автоматически изменяться при изменении статора. Количество вращающихся фаз равно количеству медных шин на полюс.Например, если трехфазный двигатель IM имеет 4 полюса, 32 паза статора и 28 вращающихся пазов, то количество медных стержней на полюс = 28/4 = 7. Работа этого типа двигателя невозможна, если количество статоров и вращающихся пазов не равно. Но работа возможна, даже если фазы статора и вращающейся части не равны.

Преимущества беличьей клетки
  • За счет увеличения длины вращающихся стержней улучшены пусковые характеристики ИД.
  • Гармоники устраняются, и распределение потока в воздушном зазоре становится равномерным.
  • Ползание и зазубрины устранены.
Недостатки
  • Низкий пусковой момент из-за меньшего сопротивления.
  • Пусковой ток больше, поскольку сопротивление меньше.

Эти недостатки можно преодолеть, изменив площадь поперечного сечения вращающихся токопроводящих шин. Это достигается перекосом вращающихся стержней проводов.

Контактное кольцо / обмотка

Для улучшения пускового момента мы последовательно подключаем внешнее сопротивление к машине, которое действует как дополнительное сопротивление, помогающее увеличить пусковой момент. Обычно в контактном кольце обмотка наматывается звездой для увеличения пускового момента. Поскольку соединение звездой имеет больший пусковой момент, чем соединение треугольником. При соединении треугольником эффективное сопротивление будет низким, что приведет к уменьшению пускового момента. Вращающийся сердечник контактного кольца показан на рисунке ниже.

контактное кольцо

Разница между статором и ротором

Статор Ротор
Это стационарная часть Это вращающаяся часть
Ярмо, сердечник и обмотка вместе считаются статором Якорь, коллектор, сердечник ротора вместе считаются ротором
Расположение обмоток сложное Расположение обмоток несложное
Питание статора трехфазное Самовозбуждается по принципу индукции
Потери на трение больше.Требуется дополнительная изоляция из-за сильного тока Фрикционные потери меньше. Требуется меньше утеплителя.

В этом обсуждении мы изучили, что такое ротор и другие его части. Он описывается как вращающаяся часть машины, которая используется в любой вращающейся машине для функции генерации или передачи энергии. В дополнение к этому, мы также обсудили различные типы доступных вращающихся частей и их работу, преимущества, недостатки, разницу между статором и ротором, а также области применения.Вот вопрос к читателям, в чем функция типа Air?

Принцип работы и типы асинхронного двигателя

Асинхронные двигатели - наиболее часто используемые двигатели во многих областях. Их также называют асинхронными двигателями , потому что асинхронный двигатель всегда работает на скорости ниже синхронной. Синхронная скорость означает скорость вращающегося магнитного поля в статоре.
В основном существует 2 типа асинхронных двигателей в зависимости от типа входного питания - (i) однофазный асинхронный двигатель и (ii) трехфазный асинхронный двигатель.

Или их можно разделить по типу ротора - (i) двигатель с короткозамкнутым ротором и (ii) двигатель с контактным кольцом или тип

.

Основной принцип работы асинхронного двигателя

В двигателе постоянного тока необходимо подавать питание как на обмотку статора, так и на обмотку ротора. Но в асинхронном двигателе только обмотка статора питается переменным током.
  • Переменный поток создается вокруг обмотки статора из-за источника переменного тока. Этот переменный поток вращается с синхронной скоростью.Вращающийся поток называется «вращающимся магнитным полем» (RMF).
  • Относительная скорость между RMF статора и проводниками ротора вызывает индуцированную ЭДС в проводниках ротора в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея. Проводники ротора закорочены, и, следовательно, ток ротора возникает из-за наведенной ЭДС. Поэтому такие двигатели называются асинхронными двигателями . (Это действие аналогично тому, что происходит в трансформаторах, поэтому асинхронные двигатели можно называть вращающимися трансформаторами .)
  • Теперь индуцированный ток в роторе также будет создавать вокруг него переменный поток. Этот поток ротора отстает от потока статора. Направление индуцированного тока ротора, согласно закону Ленца, таково, что он будет иметь тенденцию противодействовать причине его возникновения.
  • Поскольку причиной возникновения тока ротора является относительная скорость между магнитным потоком вращающегося статора и ротором, ротор будет пытаться догнать RMF статора. Таким образом, ротор вращается в том же направлении, что и магнитный поток статора, чтобы минимизировать относительную скорость.Однако ротору никогда не удается догнать синхронную скорость. Это основной принцип работы асинхронного двигателя любого типа, однофазный или трехфазный.
Синхронная скорость:

где, f = частота подачи

P = количество полюсов

Скольжение:

Ротор пытается догнать синхронную скорость поля статора, и, следовательно, он вращается. Но на практике ротор никогда не догоняет.Если ротор достигает скорости статора, не будет относительной скорости между потоком статора и ротором, следовательно, не будет индуцированного тока ротора и создания крутящего момента для поддержания вращения. Однако это не остановит двигатель, ротор замедлится из-за потери крутящего момента, крутящий момент снова будет действовать из-за относительной скорости. Вот почему ротор вращается со скоростью, которая всегда меньше синхронной скорости.

Разница между синхронной скоростью (N s ) и фактической скоростью (N) ротора называется скольжением.

Принцип работы асинхронного двигателя

Двигатель, работающий по принципу электромагнитной индукции , известен как асинхронный двигатель. Электромагнитная индукция - это явление, при котором электродвижущая сила индуцирует электрический проводник, когда он находится во вращающемся магнитном поле.

Статор и ротор - две важные части двигателя. Статор является неподвижной частью, и он несет перекрывающиеся обмотки, в то время как ротор несет основную обмотку или обмотку возбуждения.Обмотки статора равномерно смещены друг от друга на угол 120 °.

Асинхронный двигатель - это двигатель с одним возбуждением, то есть питание подается только на одну часть, то есть на статор . Термин «возбуждение» означает процесс создания магнитного поля на частях двигателя.

Когда на статор подается трехфазное питание, на нем создается вращающееся магнитное поле. На рисунке ниже показано вращающееся магнитное поле, созданное в статоре:

Считайте, что вращающееся магнитное поле индуцирует против часовой стрелки.Вращающееся магнитное поле имеет подвижные полярности. Полярность магнитного поля меняется в зависимости от положительного и отрицательного полупериода питания. Изменение полярности заставляет магнитное поле вращаться.

Проводники ротора неподвижны. Этот неподвижный проводник отсекает вращающееся магнитное поле статора, и из-за электромагнитной индукции в роторе возникает ЭДС. Эта ЭДС известна как ЭДС, индуцированная ротором, и возникает из-за явления электромагнитной индукции.

Проводники ротора закорачиваются либо концевыми кольцами, либо с помощью внешнего сопротивления. Относительное движение между вращающимся магнитным полем и проводником ротора индуцирует ток в проводниках ротора. Когда ток течет по проводнику, на нем наводится магнитный поток. Направление потока ротора такое же, как и направление тока ротора.

Теперь у нас есть два потока: один из-за ротора, а другой из-за статора. Эти потоки взаимодействуют друг с другом.На одном конце проводника потоки нейтрализуют друг друга, а на другом конце плотность потока очень высока. Таким образом, поток высокой плотности пытается подтолкнуть проводник ротора к области потока низкой плотности. Это явление вызывает крутящий момент на проводнике, и этот крутящий момент известен как электромагнитный крутящий момент.

Направление электромагнитного момента и вращающегося магнитного поля одинаковы. Таким образом, ротор начинает вращаться в том же направлении, что и вращающееся магнитное поле.

Скорость ротора всегда меньше вращающегося магнитного поля или синхронной скорости. Ротор пытается вращаться со скоростью ротора, но всегда ускользает. Таким образом, двигатель никогда не работает со скоростью вращающегося магнитного поля, и по этой причине асинхронный двигатель также известен как асинхронный двигатель.

Почему ротор никогда не работает с синхронной скоростью?

Если скорость ротора равна синхронной скорости, относительного движения между вращающимся магнитным полем статора и проводниками ротора не происходит.Таким образом, на проводнике не наводится ЭДС, и на нем возникает нулевой ток. Без тока крутящий момент также не создается.

По вышеуказанным причинам ротор никогда не вращается с синхронной скоростью. Скорость ротора всегда меньше скорости вращающегося магнитного поля.

В качестве альтернативы принцип работы асинхронного двигателя можно также объяснить следующим образом.

Давайте разберемся в этом, рассмотрев единственный проводник на неподвижном роторе.Этот проводник рассекает вращающееся магнитное поле статора. Учтите, что вращающееся магнитное поле вращается по часовой стрелке. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, в проводнике индуцируется ЭДС.

Когда цепь ротора замыкается внешним сопротивлением или концевым кольцом, ротор индуцирует ЭДС, которая вызывает ток в цепи. Направление индукционного тока ротора противоположно направлению вращающегося магнитного поля. Ток ротора индуцирует магнитный поток в роторе.Направление потока ротора такое же, как у тока.

Взаимодействие потоков ротора и статора создает силу, которая действует на проводники ротора. Сила действует на ротор по касательной и, следовательно, вызывает крутящий момент. Крутящий момент толкает проводники ротора, и, таким образом, ротор начинает двигаться в направлении вращающегося магнитного поля. Ротор начинает движение без какой-либо дополнительной системы возбуждения, и по этой причине двигатель называется самозапускающимся двигателем .

Работа двигателя зависит от напряжения, наведенного на ротор, поэтому он называется асинхронным двигателем .

Асинхронный двигатель

| Почему вращается ротор

Асинхронный двигатель , также известный как асинхронный двигатель - это обычно используемый электродвигатель переменного тока. Для асинхронного двигателя электрический ток или переменный ток в роторе, необходимый для создания крутящего момента, получается за счет электромагнитной индукции от вращающегося магнитного поля обмотки статора.Ротор асинхронного двигателя может использоваться как ротор с короткозамкнутым ротором.

Почему вращается ротор

При трехфазном питании статора. Этот ток течет к обмотке статора (проводнику). Затем он создает магнитный поток и вращается вокруг проводника по часовой стрелке. Магнитный поток, наводимый на стержень ротора по закону электромагнитной индукции. Для этого потока ротор получает магнитодвижущие силы, и ротор создает вращающий момент.

Наконец, ротор вращается в том же направлении, что и магнитный поток.

почему асинхронный двигатель называется асинхронным двигателем?

Асинхронный двигатель состоит из двух частей: статора , и ротора . Нет магнитной и электрической связи между ними. Электрический поток, наведенный на ротор согласно закону Фарадея, электромагнитная индукция. Для этого асинхронный двигатель называется асинхронным двигателем.

Лучшая статья по УПРАВЛЕНИЮ СКОРОСТЬЮ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА (ОТКЛЮЧЕНИЕ, СЕРИЯ И СОЕДИНЕНИЕ)

Ссылка по теме:

Сравнить цены на электроэнергию для предприятий | Ставки | Котировки поставщиков | Советы по экономии

Автоматический выключатель | Работа и типы автоматического выключателя

Что такое предохранитель? Виды предохранителей и их применение.

Принцип работы рупорной антенны | Практическое применение | Преимущества и недостатки

Различные типы антенн с характеристиками | Их работа

Что такое выпрямитель? Объясните различные типы выпрямителей

Полупроводниковый диод / Типы диодов / и их применение

Преобразование с преобразованием звезды в треугольник

Как это:

Как загрузка ...

Соответствующая статья

Краткое описание

Асинхронный двигатель | Почему вращается ротор | Принцип работы

Описание

почему вращается ротор -При трехфазном питании статора.Этот ток течет к обмотке статора. Затем он производит магнитный поток ...

Автор

Мизан

Имя издателя

Мизан владелец ICEEET

Логотип издателя

Каков принцип работы трехфазного асинхронного двигателя?

Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую, которая затем подается на различные типы нагрузок. Двигатели переменного тока работают от источника переменного тока и делятся на синхронные, однофазные, трехфазные асинхронные двигатели и двигатели специального назначения.Из всех типов трехфазные асинхронные двигатели наиболее широко используются в промышленности, главным образом потому, что для них не требуется пусковое устройство.

Трехфазный асинхронный двигатель получил свое название от того факта, что ток ротора индуцируется магнитным полем, а не электрическими соединениями.

Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя основан на создании вращающегося магнитного поля (среднеквадратичное).

Создание вращающегося магнитного поля

Статор асинхронного двигателя состоит из нескольких перекрывающихся обмоток, смещенных на электрический угол 120 °.Когда первичная обмотка или статор подключены к трехфазному источнику переменного тока, создается вращающееся магнитное поле, которое вращается с синхронной скоростью.

Направление вращения двигателя зависит от последовательности фаз линий питания и порядка, в котором эти линии подключены к статору. Таким образом, изменение мест подключения любых двух первичных клемм к источнику питания изменит направление вращения на противоположное.

Число полюсов и частота приложенного напряжения определяют синхронную скорость вращения статора двигателя.Двигатели обычно имеют 2, 4, 6 или 8 полюсов. Синхронная скорость, термин, обозначающий скорость вращения поля, создаваемого первичными токами, определяется следующим выражением.

Синхронная скорость вращения = (120 x частота питания) / Число полюсов статора

Производство магнитного потока

Вращающееся магнитное поле в статоре - это первая часть работы. Чтобы создать крутящий момент и, таким образом, вращаться, роторы должны пропускать ток.В асинхронных двигателях этот ток исходит от проводников ротора. Вращающееся магнитное поле, создаваемое в статоре, пересекает токопроводящие стержни ротора и индуцирует электродвижущую силу (ЭДС).

Обмотки ротора асинхронного двигателя либо замкнуты через внешнее сопротивление, либо напрямую закорочены. Следовательно, ЭДС, индуцированная в роторе, заставляет ток течь в направлении, противоположном направлению вращающегося магнитного поля в статоре, и приводит к скручивающему движению или крутящему моменту в роторе.

Как следствие, скорость ротора не достигает синхронной скорости среднеквадратичного значения в статоре. Если бы скорости совпадали, ЭДС не было бы. индуцированный в роторе, ток не будет протекать, и, следовательно, не будет создаваться крутящий момент. Разница между скоростями статора (синхронной скорости) и ротора называется скольжением.

Вращение магнитного поля в асинхронном двигателе имеет то преимущество, что не требуется никаких электрических соединений с ротором.

В результате получается мотор:
  • Самозапускающийся
  • Взрывозащищенный (из-за отсутствия контактных колец или коммутаторов и щеток, которые могут вызвать искрение)
  • Прочная конструкция
  • Недорого
  • Легче в обслуживании

Конструкция и принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

Трехфазный асинхронный двигатель:

Трехфазные асинхронные двигатели - наиболее широко используемые электродвигатели в промышленности.Они работают практически с постоянной скоростью от холостого хода до полной нагрузки. Однако скорость зависит от частоты, и, следовательно, эти двигатели нелегко адаптировать для управления скоростью. Обычно мы предпочитаем двигатели постоянного тока, когда требуются большие изменения скорости.

Тем не менее, трехфазные асинхронные двигатели просты, надежны, дешевы, просты в обслуживании и могут быть изготовлены с характеристиками, соответствующими большинству промышленных требований. В этом разделе мы обсудим принцип работы трехфазной индукции . моторы .

Как и любой электродвигатель, трехфазный асинхронный двигатель имеет статор и ротор. Статор имеет трехфазную обмотку (называемую обмоткой статора), а ротор имеет короткозамкнутую обмотку (называемую обмоткой ротора). Только обмотка статора питается от трехфазного источника питания. Обмотка ротора получает свое напряжение и мощность от обмотки статора, находящейся под внешним напряжением, посредством электромагнитной индукции, отсюда и название.

Асинхронный двигатель можно рассматривать как трансформатор с вращающейся вторичной обмоткой, и поэтому его можно описать как машину переменного тока «трансформаторного типа», в которой электрическая энергия преобразуется в механическую.

Конструкция трехфазного асинхронного двигателя:

На рисунке 8.1 показана конструкция трехфазного асинхронного двигателя . Трехфазный асинхронный двигатель состоит из двух основных частей (i) статора и (ii) ротора. Ротор отделен от статора небольшим воздушным зазором, который колеблется от 0.От 4 мм до 4 мм, в зависимости от мощности двигателя.


РИС. (8.1)
Он состоит из стального каркаса, в котором заключен полый цилиндрический сердечник, состоящий из тонких пластин кремнистой стали для уменьшения гистерезиса и потерь на вихревые токи. На внутренней периферии пластин имеется ряд равномерно расположенных пазов (см. Рис. (8.1)]. Изоляция соединена для образования симметричной трехфазной звезды или треугольника, соединенной в цепи.

3-фазная обмотка статора намотана на определенное количество полюсов в соответствии с требованиями к скорости. Чем больше количество полюсов, тем меньше скорость двигателя и наоборот. Когда на статор подается 3-фазное питание В обмотке создается вращающееся магнитное поле (см. раздел 8.3) постоянной величины. Это вращающееся поле индуцирует токи в роторе за счет электромагнитной индукции.

Ротор, установленный на валу, представляет собой полый многослойный сердечник с прорезями на внешней периферии.Обмотка, размещенная в этих пазах (называемая обмоткой ротора), может быть одного из следующих двух типов:

(i) Тип беличьей клетки (ii) Тип раны

(i) Ротор с короткозамкнутым ротором: Он состоит из многослойного цилиндрического сердечника с параллельными прорезями на его внешней периферии. В каждый прорезь помещается медный или алюминиевый стержень. Все эти стержни соединены на каждом конце металлическими кольцами, называемыми концевыми кольцами.

Это образует неразрывную короткозамкнутую обмотку.Вся конструкция (стержни и концевые кольца) напоминает беличью клетку, отсюда и название. Ротор не подключен к источнику питания электрически, но в нем есть ток, индуцированный действием трансформатора от статора.

Асинхронные двигатели , в которых используется ротор с короткозамкнутым ротором, называются асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором. В большинстве трехфазных асинхронных двигателей используется ротор с короткозамкнутым ротором, поскольку он имеет удивительно простую и прочную конструкцию, позволяющую работать в самых неблагоприятных условиях.

Однако он страдает недостатком низкого пускового момента, так как стержни ротора постоянно закорочены, и невозможно добавить какое-либо внешнее сопротивление в цепь ротора для получения большого пускового момента.


(ii) Ротор с обмоткой: Он состоит из многослойного цилиндрического сердечника и имеет 3-фазную обмотку , аналогичную той, что находится на статоре [см. Рис.(8.3)]. Обмотка ротора равномерно распределена в пазах и обычно соединена звездой. Открытые концы обмотки ротора выведены и соединены с тремя изолированными контактными кольцами, установленными на валу ротора, с одной щеткой, опирающейся на каждый контакт. звенеть.

Три щетки подключены к трехфазному реостату, соединенному звездой, как показано на рис. (8.4). При запуске внешние сопротивления включаются в цепь ротора, чтобы обеспечить большой пусковой крутящий момент. Эти сопротивления постепенно уменьшаются до нуля. когда двигатель набирает скорость.

Внешние сопротивления используются только во время пуска. Когда двигатель достигает нормальной скорости, три щетки замыкаются накоротко, так что намотанный ротор работает как ротор с короткозамкнутым ротором.

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя:

Скорость вращения магнитного поля:

Скорость вращения вращающегося магнитного поля называется синхронной скоростью (Нс).Ссылаясь на рис. (8.6 (ii)), момент времени 4 представляет собой завершение четверти цикла переменного тока Ix с момента времени 1. В течение этого четверти цикла поле повернулось на 90 °. В момент времени, представленный 13 или одним полным циклом тока Ix от начала координат, поле совершило один оборот.

Следовательно, для 2-полюсной обмотки статора поле совершает один оборот за один цикл тока. В 4-полюсной обмотке статора можно показать, что вращающееся поле совершает один оборот за два цикла тока.В общем, если полюса P, вращающееся поле совершает один оборот в P / 2 цикла тока.

Скорость вращающегося магнитного поля такая же, как и скорость генератора переменного тока, который подает мощность на двигатель, если они имеют одинаковое количество полюсов, поэтому считается, что магнитный поток вращается с синхронной скоростью.

Трехфазный асинхронный двигатель Преимущества:

(i) Он имеет простую и прочную конструкцию.(ii) Это относительно дешево. (iii) Он не требует значительного обслуживания. (iv) Он имеет высокий КПД и достаточно хороший коэффициент мощности.

(v) Он имеет самозапускающийся крутящий момент.

Трехфазный асинхронный двигатель Недостатки:

(i) По сути, это двигатель с постоянной скоростью, и его скорость не может быть изменена

(ii) Его пусковой крутящий момент уступает шунтирующему двигателю постоянного тока.

Заключение:
Вы узнали о конструкции и принципах работы трехфазного асинхронного двигателя .Если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте комментарий ниже.

Принцип работы двигателя переменного тока с основами и конструкцией

Принцип работы двигателя переменного тока основан на простых принципах магнетизма. Но прежде чем подробно обсудить принцип работы двигателя переменного тока, давайте разберемся с основами. AC - это аббревиатура от Alternating Current . В то время как постоянный или постоянный ток остается постоянным во времени, переменный ток периодически меняет свое направление.

Разница между переменным и постоянным током:

Профиль постоянного напряжения показан на рисунке ниже.Посмотрите, как величина напряжения остается постоянной с течением времени. Генератор постоянного тока и двигатель постоянного тока требуют такого напряжения для работы.

Форма волны постоянного напряжения

Ниже приводится профиль напряжения переменного тока.

Один полный цикл питания переменного тока

  • При подаче сигнала переменного тока для двигателя переменного тока величина напряжения начинается с нуля, увеличивается до максимального значения, а затем начинает уменьшаться, пока снова не достигнет нуля. Он составляет полупериод и известен как положительный полупериод .
Положительный полупериод переменного тока

  • После завершения полупериода величина напряжения снова увеличивается, но уже в обратном направлении. Он следует той же схеме, что и положительный полупериод, и известен как отрицательный полупериод .

Отрицательный полупериод переменного тока

  • Комбинация положительных и отрицательных циклов составляет один полный цикл.
  • Время, необходимое для завершения этого цикла, известно как период времени .Обратной величиной периода времени является частота , частота . Итак, для электрической системы с частотой 50 Гц этот один цикл завершается за 0,02 секунды.
  • Электродвигатели переменного тока
  • работают по принципу электромагнитной индукции . Он преобразует электрическую энергию (в форме переменного тока) в механическую энергию (вращение вала).
  • Принцип работы двигателя переменного тока подробно объясняется после базовой конструкции двигателя переменного тока.

Базовая конструкция двигателя переменного тока

Конструкция двигателя переменного тока

** Источник изображения

Итак, разобравшись с основами, давайте узнаем, как двигатель переменного тока выглядит изнутри.

  • Если упростить конструкцию двигателя переменного тока, он состоит из двух основных частей. Стационарная конструкция (он же статор) и вращающаяся часть (он же ротор).
  • Стационарная часть состоит из катушек, покрывающих всю ее внутреннюю периферию. При прохождении электрического тока через эти обмотки электромагниты возбуждаются, создавая полюса чередующейся полярности.
  • В двигателях переменного тока
  • в качестве ротора используется либо постоянный магнит , либо сердечник из тонкой ламинированной стали .В последнем в качестве проводника используются токопроводящие шины вместо катушек с проволокой.
  • Вал удерживает вращающуюся часть двигателя. Подшипники между ними обеспечивают свободное движение ротора.
  • Наружная рама охватывает как неподвижную, так и вращающуюся часть. Он защищает двигатель от воды или любых других факторов окружающей среды.
Статор (справа) и ротор (слева) двигателя переменного тока

** Изображение предоставлено

Принцип работы двигателя переменного тока в деталях

Чтобы понять, как работает двигатель переменного тока, рассмотрим ротор с постоянными магнитами.Ротор свободно перемещается между двумя полюсами электромагнитного статора (полюс A и B) с небольшим воздушным зазором между ними. Электромагниты подключаются напрямую к источнику переменного тока.
При подаче питания переменного тока на электромагниты подается напряжение и формируются магнитные полюса.

Упрощенная конструкция, поясняющая принцип работы электродвигателя переменного тока

Корпус 1:

Во время положительного полупериода подачи переменного тока пусть полюс A достигает полярности северного полюса, а полюс B достигает полярности южного полюса.Теперь по закону магнетизма противоположные полюса будут притягиваться друг к другу. Итак, полюс А притягивает южный полюс ротора. И ротор выравнивается в положении, как показано на рисунке.

Ориентация ротора во время положительного полупериода

Дело 2:

Во время отрицательного полупериода полярность источника переменного тока меняется на противоположную, и, следовательно, полярность полюсов также меняется. Итак, теперь полюс A достигает полярности южного полюса, а полюс B - полярности северного полюса.
В этой ситуации одинаковые полюса обращены друг к другу.Таким образом, отталкивающая магнитная сила будет пытаться отклонить ротор из этого положения. Когда ротор отклоняется, в картину вступает сила притяжения. Таким образом, теперь полюс А притягивает северный полюс ротора. Ротор выравнивается в новом положении, как показано на рисунке.

Ориентация ротора во время отрицательного полупериода

Вращающееся магнитное поле в двигателе переменного тока

Ротор повернулся на угол 180 градусов. Ротор снова поворачивается на 180 градусов в предстоящем положительном полупериоде и так далее.Этот оборот ротора продолжается до тех пор, пока на обмотку статора подается питание.

Вращающееся магнитное поле статора с питанием переменного тока

Если мы наблюдаем, магнитное поле статора постоянно меняется. В каждом цикле подачи переменного тока магнитное поле кажется вращающимся внутри периферии статора. Технически это называется вращающимся магнитным полем.

Что такое RPM (оборотов в минуту)?

Оборот ротора на 180 градусов за один цикл переменного тока

Для любой вращающейся машины число оборотов в минуту означает скорость вращения ротора.Это количество оборотов ротора за одну минуту. На приведенном выше рисунке показано, что ротор вращается на 180 градусов за один цикл переменного тока. Таким образом, для системы с частотой 50 Гц ротор совершает один оборот за 0,02 секунды. Верный? Итак, за одну секунду этот ротор сделает 50 оборотов. Следовательно, за одну минуту ротор успешно совершит 3000 оборотов внутри периферии статора. Очень быстро, правда? Итак, в нашем обсуждаемом примере скорость ротора составляет 3000 об / мин.

Заключение

Вышеупомянутая теория была просто примером, объясняющим, как работает двигатель переменного тока.В электрических системах двигатели переменного тока обычно имеют более двух электромагнитных полюсов для лучшего распределения магнитного потока.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *