Ни для кого не является секретом что в современных электродвигателях львиная доля энергии расходуется на преодоление так называемой противоЭДС, то есть просто выбрасывается в никуда.

 

Таким образом мы видим что:

Uд = Uп - Uг,

где Uп - напряжение подведенное к двигателю

Uг - напряжение выработанное двигателем при вращении ротора

Uд - напряжение которое необходимо подать чтоб двигатель вращался на номинальных оборотах

Чтобы увидеть наличие этой противоЭДС вспомним, как в двигателях постоянного тока осуществляется регулировка частоты вращения. Необходимо помнить что, двигатели постоянного тока разделяются по принципу возбуждения, - на двигатели с последовательным возбуждение, двигатели с параллельным возбуждением (независимым) и двигатели со смешанным возбуждением. Для начала рассмотрим двигатель с параллельным или независимым возбуждением. При номинальном напряжении на зажимах электродвигателя мы имеем номинальную частоту вращения якоря, теперь чтобы уменьшить частоту вращения двигателя нам необходимо снизить напряжение питания якоря, таким образом, уменьшая Uп ротора мы уменьшаем разницу между подводимым напряжением и наведенным в роторе Uг, в итоге напряжение Uд снижается и двигатель уменьшает обороты до номинальных на данном напряжении. Теперь чтобы увеличить частоту вращения ротора выше номинальных нам необходимо уменьшать ток возбуждения, т.е. снизить напряжение подаваемое на возбуждение электродвигателя. Таким образом мы уменьшаем Uг напряжение генерируемое в двигателе, в итоге двигательное напряжение Uд увеличивается и ротор набирает обороты до номинальных при данном двигательном напряжении. В двигателях постоянного тока с последовательным возбуждением протекают аналогичные процессы, поэтому их нельзя включать на холостом ходу, в виду того что при малых токах двигателя, наводится незначительный магнитный поток возбуждения, что приводит к вырабатыванию малой величины генераторного напряжения и соответственно увеличению двигательного напряжения и росту оборотов до величины ограниченной только сопротивлением трения в подшипниках.

Если же рассматривать двигатели переменного тока синхронного (асинхронного), то здесь все видно еще нагляднее.

Есть такое понятие как пусковой ток, это ток который протекает через обмотки двигателя в момент пуска, пока двигатель не наберет номинальные обороты, то есть это ток который протекает через двигатель в тот момент, когда ротор не вращается и соответственно генераторная ЭДС Uг у него равна «НУЛЮ», двигательное напряжение равно напряжению питания, ток ограничен только активным сопротивлением обмоток статора. Отсюда можно сделать вывод что для того чтоб по обмоткам двигателя протекал номинальный ток, необходимо приложить гораздо меньшее напряжение, при условии отсутствия противоЭДС.

 

Помня о том что было сказано выше начнем конструирование электродвигателя без так называемой генераторной ЭДС, которая наводиться в двигателе при его вращении.

Для начала, конечно же, вспомним самый простейший случай вращения рамки в магнитном поле.

Итак если вращать рамку в магнитном поле то по правилу правой руки в ней наводиться ЭДС, величина которой определяется по формуле:

Ея = vBlsinα = vBl

Где l – длина проводника

v – скорость движения проводника

B – величина магнитной индукции

при замыкании рамки на нагрузку по ней протекает ток.

Зайдем с другой стороны, если рамку с током поместить в магнитное поле, то по правилу

 

 

левой руки она начнет вращаться под действием силы:

Fэм = IBlsinα = IBl

Где l – длина проводника

I – ток рамки

B – величина магнитной индукции

Тогда получается замкнутый круг, если по рамке течет ток, она вращается, в тоже время, если рамка вращается в ней наводиться ЭДС, и вся проблема в том, что оба эти процесса протекают одновременно и встречно друг другу.

 

Есть ли способ как то обойти этот закон физики? Надо попробовать. Начнем с того что попробуем избавиться от наведения ЭДС в рамке, чтоб такое проделать с вращающейся рамкой необходимо что бы оба плеча рамки проходили мимо одинакового полюса.

 

Но тогда скажете вы и обе силы Fэм , будут направлены в одну сторону и соответственно общий момент на валу будет равен 0. Верно. Как быть?

Будем думать дальше. Вспомним все существующие на сегодняшний момент электродвигатели и сравним их принцип работы. Выясняется что обычный синхронный двигатель работает немного на другом принципе, а именно там вращающееся поле статора тянет за собой постоянное магнитное поле ротора, т.е. вращает обычный магнит. Тогда почему бы не попробовать просто намагничивать ротор, и тогда во внешнем магнитном поле ротор провернется на некоторый угол, с определенным моментом.

 

Теперь остается вопрос в том как все это совместить. Оказывается и эта проблема легко решаема. Если статор выполнить из шести полюсов а обмотку ротора распределить таким образом что бы каждая простейшая рамка обоими полуплечами одновременно находилась под одноименным полюсом мы получим как раз то что доктор прописал.

 

Таким образом получаем распределенную обмотку ротора и пропуская ток по обмоткам как показано на рисунке мы имеем необходимое нам намагничивание ротора.

Осталось только немного привести все в надлежащий вид и мы имеем конструкцию двигателя без противоЭДС.

Автор сего опуса Чибирев Алексей Вячеславович.

Дата публикации 11.02.2010г.

Дата изобретения 02.09.2009г.

Другой интересный материал: «Загоняем» асинхронный двигатель в резонанс

 


Комментарии   

# Dzmitry 01.10.2015 11:29
Мне жалко разочаровывать автора идеи, но работать оно не будет. По одной простой причине: когда оба плеча находятся под одинаковыми плюсами магнитов и движутся в одном направлении, то встречая ЭДС действительно наводиться не будет!, но и вращательное движение двигателя станет равным нулю, так как возникающая в плечах сила которая должна провернуть якорь будет скомпенсирована встречным направлением каждого плеча. Печально. Радует только то, что противоэдс не будет наводиться аж по двум прbчинам: 1) оба плеча рамки якоря находятся под одинаковыми полюсами!, 2) так как не возникает вращения рамки из-за встречно направленных сил, не будет наводиться противоэдс в неподвижном проводнике! Возможно, в этом случае есть и другие причины по которым не будет возникать противоэдс, но мне видится достаточным и этих двух.
Ответить | Ответить с цитатой | Цитировать
# Алексей Чибирев 13.09.2016 21:09
однако ж ...
маделирование в програме Эл Кат 5.1 показало наличие крутящего момента, а вы просто не разобрались в самой конструкции
Ответить | Ответить с цитатой | Цитировать