Характеристика мотора: Какие бывают технические характеристики двигателя (полный список)?

Содержание

Какие бывают технические характеристики двигателя (полный список)?

Технические характеристики двигателя — это набор, как правило, выходных данных по тем или иным критериям. Самые важные из которых — мощность, количество цилиндров и некоторые другие. Всего таких характеристик можно насчитать тысячи. Просто представьте, что ведь и обычную ветку можно охарактеризовать с точки зрения сотен данных: начиная с обычных габаритов, плотности и веса, до её упругости, крепости и тому подобного. А теперь представьте мотор, который состоит из тысяч деталей и компонентов, каждый из которых можно как-то охарактеризовать.

Поэтому в статье мы рассмотрим все технические характеристики двигателя, которые представляют для обычного водителя какую-либо ценность. А если мы что-то забудем, пожалуйста, укажите нам это в комментариях.

Хотя статья написана для новичков, автор предполагает, что Вы уже знаете, как работает двигатель внутреннего сгорания. Если нет, то мы рекомендуем ознакомиться сначала с соответствующей статьёй.

А мы, пожалуй, начнём и сгруппируем все характеристики мотора по их типам, а рассортируем их по степени важности от самых важных к менее важным.

Конструктивные характеристики двигателя

Тип питания мотора внутреннего сгорания. В основном, он бывает бензиновым или дизельным — именно это существенно отличает конструкцию любого двигателя. Как, правило, бензиновые двигатели обычно потребляют больше топлива на километр пути, чем дизельные, выдают максимальную мощность на более высоких оборотах, но имеют меньший крутящий момент. Бензиновые моторы чаще устанавливают на легковые авто, а дизельные — на грузовые, где требуется тяговитость.

Количество цилиндров косвенно влияет на мощность и стабильность работы двигателя. На большинстве легковых седанов 4-хцилиндровые двигатели. Чаще всего число цилиндров чётное, но бывают и исключения. Кроме 4-хцилиндровых также распространены 6-, 8-, 10- и 12-цилиндровые двигатели. Последние три типа обычно ставятся на спортивные авто.

Способ расположения цилиндров бывает рядный, когда все цилиндры расположены по одной проекции линии, V-образным, когда цилиндры, поочерёдно располагаясь друг напротив друга, образуют букву «V» и оппозитным — когда цилиндры расположены друг напротив друга.

Обычно рядные двигатели — это 4-х- и 6-цилиндровые, V-образными бывают моторы, начиная от 6 цилиндров.

Рабочий объём двигателя напрямую и главным образом влияет на его мощность — чем рабочий объём больше, тем больше и мощность. Рабочий объём — это тот максимальный объём пространства в камере сгорания, который образуется, когда поршень находится в нижней точке. Значения такой характеристики, как объём мотора, сильно разнятся от автомобиля к автомобилю, составляя от 0,8 литра до 6 литров и более.

Количество клапанов на цилиндр может исчисляться от 2 до 5. Чем более спортивный и мощный двигатель, тем больше клапанов. Двухклапанные двигатели устарели.

Диаметр цилиндра и ход поршня прямо определяют рабочий объём цилиндра. Большой диаметр цилиндра и меньший ход поршня дают высокие обороты и меньшую тяговитость мотора, а такие двигатели, таким образом, устанавливаются чаще на спортивные и гоночные автомобили. Больший ход поршня и меньший диаметр цилиндра при том же рабочем объёме дадут запас тяговитости, меньшее число оборотов при максимальной мощности и бóльшую степень сжатия.

Тип охлаждения бывает воздушный и водяной. Двигатель каждого типа очень легко отличить: мотор с воздушным охлаждением рифлёный для лучшего потока воздуха, а с водяным — нет, каналы для циркуляции воды в таком двигателе проходят внутри него.

Наличие турбины. Существуют 3 основных вида двигателя по этой характеристике:

  • атмосферные двигатели, у которых воздух поступает в цилиндры всасыванием;
  • двигатели с турбокомпрессором — здесь воздух в цилиндры нагнетается компрессором, приводимым в движение от электромотора или самого двигателя;
  • двигатели с турбонаддувом — в таких двигателях воздух нагнетается за счёт давления, создаваемого выхлопными газами.

Тип питания двигателя различают на питание карбюратором, впрыском топлива через форсунки или наличием топливного насоса высокого давления. Различия у этих систем колоссальны. Карбюраторные двигатели не так давно устарели, так как нерационально расходовали топливо; питанием многоточечным впрыском снабжены сегодня почти все автомобили на бензине, а ТНВД используют дизельные моторы.

Материал изготовления корпуса двигателя. Корпус чаще всего изготавливают из чугуна, сплавов алюминия или сплавов магния. Первый вариант распространён, в основном в дизельных и старых двигателях, второй — в современных моторах легковых машин, а последний из-за своей дороговизны, соответственно, в дорогих спортивных автомобилях.

Выходные характеристики двигателя

Мощность двигателя — это, пожалуй, самая важная и обсуждаемая характеристика, на которую смотрят при покупке автомобиля чаще всего в первую очередь. Мощность измеряется в лошадиных силах и зависит практически от всех других характеристик моторов. Для легковых неспортивных автомобилей оптимальная мощность, которой хватит для повседневной езды может составлять от 80 до 130 лошадиных сил. Но заряженные машины могут иметь под свои капотом до 800 и более «лошадей».

Однако, профессионалы говорят, что мощность продаёт машину, а вот гонки выигрывает не мощность, а крутящий момент. Это в определённой степени правда. Крутящий момент — это мгновенная сила именно кручения, которую даёт двигатель. Крутящий момент прямо пропорционален мощности, и обычно его значение (измеряется он в Ньютон×метрах) больше значения мощности в лошадиных силах. Причём, если у бензиновых моторов момент больше примерно в 1,2-1,5 раза, то у дизельных — до соответствующего значения в 3 раза. Именно поэтому дизели считаются более тяговитыми.

Максимальное число оборотов коленчатого вала двигателя — это число оборотов в минуту, больше которого «мозг» автомобиля не даст раскрутить двигатель и которое не приведёт к его поломке. Опять же, максимальное число оборотов отличается у дизелей и бензиновых моторов — у первых оно существенно меньше.

Компрессия и степень сжатия — очень похожие характеристики, хотя физики будут гневно критиковать такое утверждение. Обе характеристики означают давление внутри камеры сгорания цилиндра при сжатии топливо-воздушной смеси.

Расход топлива измеряется в литрах на 100 километров и также является важным показателем при выборе авто. Дизельные двигатели расходуют примерно в два раза меньше топлива, нежели бензиновые (за счёт меньшего числа оборотов). Наличие турбины также даёт существенную экономию. Но главным образом, на значение расхода топлива влияет, конечно же, рабочий объём двигателя, число оборотов мотора при его эксплуатации и в целом манера езды.

Характеристики двигателя — Энциклопедия журнала «За рулем»

В двигателе внутреннего сгорания выделяющиеся при сгорании топлива газы давят на поршень, и через преобразующий механизм выполняют механическую работу по вращению коленчатого вала двигателя. Затем эта работа используется для вращения ведущих колес автомобиля. Любой двигатель обладает определенной мощностью и крутящим моментом. Большинство людей при оценке автомобиля в первую очередь обращают внимание на мощность его двигателя и не очень интересуются крутящим моментом, хотя его значение существенно влияет на поведение автомобиля на дороге. Крутящий момент на вале двигателя представляет собой произведение величин силы и длины плеча ее действия.

Современной единицей измерения крутящего момента является ньютонометр (Н•м). Крутящий момент, создаваемый двигателем, зависит от рабочего давления внутри цилиндра двигателя, площади поршня, радиуса кривошипа коленчатого вала и ряда других параметров. Поскольку время воздействия давления газов на поршень изменяется при изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя, крутящий момент также изменяется. Если умножить величину крутящего момента, соответствующую определенной частоте вращения вала двигателя, на его угловую скорость, получим значение мощности двигателя, развиваемой при этой скорости. Начиная с XVIII в., единицей измерения мощности была лошадиная сила. Современной международной единицей измерения мощности является киловатт(кВт). При этом лошадиную силу (л. с. ) довольно часто продолжают указывать в технических характеристиках автомобильных двигателей. Для того, чтобы перевести мощность, указанную в киловаттах, в лошадиные силы, нужно умножить ее значение на 1, 34.

Внешняя скоростная характеристика ДВС:
Ne — эффективная мощность;
Me — эффективный крутящий момент;
Mmax — максимальный крутящий момент;
Nmax — максимальная мощность;
МN — крутящий момент, соответствующий максимальной мощности;
ω — угловая скорость вала двигателя

Профессиональные автомобилисты для оценки работы двигателя используют скоростные характеристики, которые представляют собой зависимость крутящего момента двигателя и его мощности от угловой скорости или частоты вращения его вала, они называются «скоростные характеристики двигателя». Скоростные характеристики реальных двигателей получают при их испытаниях на специальных стендах. Очевидно, что значения показателей двигателя будут зависеть от количества поступающего в двигатель топлива, то есть от положения педали «газа». Зависимость скорости автомобиля, полученная при максимальной подаче топлива в цилиндры двигателя, называется

«внешней скоростной характеристикой» (ВСХ).
На графике скоростной характеристики отмечаются минимальные и максимальные обороты коленчатого вала двигателя. Как можно заметить из приведенной скоростной характеристики ДВС, крутящий момент достигает своего максимального значения при средних оборотах вала, а затем, при дальнейшем увеличении частоты вращения, снижается. Хорошо это или плохо? Давайте представим себе автомобиль, который движется по ровной горизонтальной дороге с максимальной скоростью, а его двигатель имеет такую кривую изменения крутящего момента. Максимальная скорость наступает при оборотах двигателя, близких к наибольшим, когда сила, приложенная к ведущим колесам автомобиля и соответствующая крутящему моменту двигателя при этих оборотах, увеличенному с помощью трансмиссии, уравняется с силами сопротивления движению, действующими на автомобиль. Если на дороге перед этим автомобилем возникнет даже небольшой подъем, сила сопротивления увеличится, а обороты двигателя уменьшатся. Что же произойдет при этом с крутящим моментом двигателя?
Из скоростной характеристики можно заметить, что уменьшение оборотов двигателя приведет к небольшому увеличению крутящего момента. Если подъем на дороге не очень велик, то этого увеличения крутящего момента, подводимого к ведущим колесам, может хватить для его преодоления без перехода на более низкую передачу в трансмиссии автомобиля. Другими словами, двигатель с падающей характеристикой крутящего момента хорошо приспосабливается к увеличению сопротивления движению автомобиля. Причем, чем круче опускается кривая момента на скоростной характеристике при увеличении угловой скорости вращения вала двигателя, тем лучшей приспосабливаемостью он обладает.
Электрический двигатель имеет максимальное значение крутящего момента при минимальных оборотах, и при их увеличении крутящий момент постоянно снижается. Поэтому у электромобиля трансмиссия значительно упрощается — ему не нужна коробка передач. Любой автомобильный двигатель представляет собой совокупность механизмов и систем. Основными механизмами четырехтактного поршневого двигателя внутреннего сгорания являются кривошипно-шатунный механизм (КШМ) и газораспределительный механизм (ГРМ).

Двигатель: описание,виды,устройство,работа,фото,видео. | АВТОМАШИНЫ

Двигатель является главной системой в любом транспортном средстве. Этот компонент автомобиля можно сравнивать с сердцем человека, то есть, человек умрет без сердца – так же и автомобиль без двигателя. Двигательная система отвечает за преобразование топливной энергии в механическую энергию, которая впоследствии выполняет полезную работу. Сегодня в качестве энергии может выступать энергия сгорания топлива, электрическая энергия и т.д. Источник энергии всегда находится в автомобили. Он должен пополняться через определенный промежуток времени, чтобы автомобиль мог в итоге передвигаться. Так, механическая энергия передается на ведущие колеса от двигателя. Эта передача обычно осуществляется при помощи трансмиссии.

Содержание статьи

Принцип работы

Машина с ДВС (двигателем) должна ездить, а для этого ей необходимо совершить механическое усилие. Именно его и производит двигатель, который передает вращательную силу на колеса автомобиля. Те вращаются, и транспортное средство начинает движение. Это очень примитивное объяснение, которое позволит лишь отдаленно понять, что это такое – ДВС в машине. Главная цель двигателя – преобразование бензина (или дизельного топлива) в механическое движение. Сегодня самый простой способ заставить автомобиль двигаться – это сжечь топливо внутри мотора. Именно поэтому двигатель внутреннего сгорания получил соответствующее название. Все они работают по одинаковому общему принципу, хотя есть некоторые разновидности: дизельные, с карбюраторными или инжекторными системами питания и так далее.

Итак, принцип мы поняли: топливо сгорает, высвобождает при этом большие объемы энергии, которые толкают механизмы в двигателе, что приводит к вращению коленчатого вала. Усилия затем передаются на колеса, и машина начинает движение. 

Показатели двигателей

Показателями двигателя называют величины, характеризующие его работу. Помимо конструктивных параметров, они зависят от особенностей и настроек систем питания и зажигания, степени износа деталей и пр.

Давление в конце такта сжатия (компрессия) является показателем технического состояния (изношенности) цилиндро-поршневой группы и клапанов.

Крутящий момент на коленчатом валу двигателя определяет силу тяги на колесах: чем он больше, тем лучше динамика разгона автомобиля. Равен произведению силы на плечо (рис. 3) и измеряется в Н·м (Ньютон на метр), ранее в кгс.м (килограмм-сила на метр).

Крутящий момент увеличивается с ростом:
рабочего объема . Поэтому двигатели, которым необходим значительный крутящий момент, обладают большим объемом;
давления горящих газов в цилиндрах, которое ограничено детонацией (взрывное горение бензо-воздушной смеси, сопровождаемое характерным звонким звуком. Ошибочно называется «стуком поршневых пальцев») или ростом нагрузок в дизелях.

Максимальный крутящий момент двигатель развивает при определенных оборотах (см. ниже), они вместе с его величиной указываются в технической документации.

Мощность двигателя — величина, показывающая, какую работу он совершает в единицу времени, измеряется в кВт (ранее в лошадиных силах). Одна лошадиная сила (л.с.) приблизительно равняется 0,74 кВт. Мощность равна произведению крутящего момента на угловую скорость коленвала (число оборотов в минуту, умноженное на определенный коэффициент).

Двигатели большей мощности производители получают увеличением:
рабочего объема, что, в свою очередь, приводит к росту габаритов двигателя и ограничению допустимых максимальных оборотов из-за значительных сил инерции увеличившихся деталей;
оборотов коленчатого вала, число которых ограничено инерционными силами и увеличением износа деталей. Высокооборотный двигатель одинаковой мощности (при прочих равных условиях — конструкции двигателя, технологии изготовления, применяемых материалах и т.д.) с низкооборотным обладает меньшим сроком службы, так как в среднем для одного и того же пробега его коленчатый вал будет совершать больше оборотов;
давления в цилиндре путем повышения степени сжатия либо наддувом воздуха посредством турбо- или механических нагнетателей. Для применения наддува степень сжатия вынужденно уменьшают для предотвращения детонации (у бензиновых двигателей) и снижения жесткости работы (повышенные нагрузки в цилиндро-поршневой группе дизеля, сопровождаемые чрезмерным шумом) (у дизелей). Наддув позволяет, например, сохранить мощность при меньшем рабочем объеме.

Номинальная мощность — гарантируемая производителем мощность при полной подаче топлива на определенных оборотах. Именно она, а не максимальная мощность, указывается в технической документации на двигатель.

Удельный расход топлива — это количество топлива, расходуемого двигателем на 1 кВт развиваемой мощности за один час. Является показателем совершенства конструкции двигателя: чем расход ниже, тем более эффективно используется энергия сгорающего в цилиндрах топлива.

Основные элементы двигателя

Ниже на рисунке показана схема расположения элементов в цилиндре. В зависимости от модели двигателя, их может быть 4, 6, 8 и даже больше. На рисунке обозначены следующие элементы: A – распределительный вал. B – крышка клапанов. C – выпускной клапан. Открывается строго в нужное время для того, чтобы отработанные газы выводились за пределы камеры сгорания. D – отверстие для выхода отработанных газов. E – головка блока цилиндра. F – пространство, заполняемое охлаждающей жидкостью. В процессе работы двигатель сильно нагревается, поэтому его необходимо остудить. Чаще всего для этого используется антифриз. G – корпус двигателя. H – маслосборник. I – поддон. J – свеча зажигания. Обеспечивает искру, необходимую для того, чтобы зажечь топливную смесь, находящуюся под давлением. K – впускной клапан. Открывается и запускает в камеру сгорания воздушно-топливную смесь. L – отверстие для впуска топливной смеси. M – сам поршень. Движется вверх-вниз в результате детонации топливной смеси, передавая механическую нагрузку на коленчатый вал. O – шатун. Соединительный элемент поршня и коленчатого вала. P – коленвал. Вращается в результате движения поршней. Передает усилия на колеса через трансмиссию автомобиля. Все эти элементы принимают участие в четырехтактном цикле. 

Виды двигателей

Первый полноценный прототип двигателя внутреннего сгорания был сконструирован в далёком 1806 году, который принадлежал братьям Ньепсье. После этого важного исторического факта было недолгое затишье.

Но, в конце 19 века три легендарным немца положили старт автомобилестроению — Николас Отто, Готлиб Даймлер и Вильгельм Майбах. После этого двигатели внутреннего сгорания получили много модификаций и вариантов, которые используются по сегодняшний день.

Рассмотрим, какие существуют виды автомобильных ДВС, а также укажем типы двигателей:

  • Паровая машина
  • Бензиновый двигатель
  • Карбюраторная система впрыска
  • Инжектор
  • Дизельные двигатели
  • Газовый двигатель
  • Электрические моторы
  • Роторно-поршневые ДВС

Роторно-поршневые ДВС

Роторно-поршневой силовой агрегат в автомобилестроении не нашёл широкого распространения, хотя можно встретить модели автомобилей, которые используют такой тип ДВС. Предложил создание такого мотора — конструктор Ванкель.

Движение осуществляется за счёт вращения трёхзубчатого ротора, который позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. Данный мотор активно использовался в 80-е годы 20 ст.

Газовый двигатель

Газовые двигатели на сегодняшний день в автоиндустрии в чистом виде почти не используются, поскольку частые поломки моторов, стали причиной полного отказа от них. Вместо этого, газовые установки зачастую можно встретить на бензиновых автомобилях, что значительно экономит расход денег на горючее.

Газ с баллона подаётся на редуктор, который распределяет топливо по цилиндрам, а затем горючее попадает непосредственно в камеры сгорания. После этого с помощью свечей зажигания газ воспламеняется. Единственным недостатком использования газовой установки считается то, что мотор теряет 20% своего потенциального ресурса.

Электрические моторы

Николас Тесла впервые предложил использовать для автомобилей электроэнергию. Электрические моторы на сегодняшний день не распространены, поскольку заряда батареи хватает только до 200 км пути, а заправочных станций, которые могут предоставить услугу зарядки автомобиля — практически нет.

Известная мировая компания, производитель электрических автомобилей «Тесла» продолжает совершенствовать электродвигатели, и каждый год дарит потребителям новинки, которые имеют больший запас хода без дозарядки.

Инжектор

Инжекторный двигатель — это тип впрыскового устройства горючего в цилиндры двигателя. Инжекторный впрыск бывает моно и разделённым Данная система на сегодняшний день все больше совершенствуется, чтобы уменьшит выбросы СО2 в атмосферу. Для впрыска используются форсунки, которые ещё ранее начали использоваться на дизельных двигателях.

С переходом на данную систему транспортные средства стали оснащать электронными блоками управления двигателем, чтобы корректировать состав воздушно-топливной смеси, а также сигнализировать о неисправностях внутри системы.

Дизельные двигатели

Дизельный мотор — это вид двигателя, который расходует как горючее дизельное топливо. Основные системы и элементы движка идентичны бензиновому брату, различие состоит в системе впрыска и воспламенении смеси. В дизельном моторе отсутствуют свечи зажигания, поскольку воспламенение смеси от искры не нужно.

На моторах такого типа устанавливаются свечи накала, которые разогревают воздух в камере сгорания, который превышает температуру воспламенения. После этого через форсунки подаётся распылённое топливо, которое сгорает, чем создаёт достаточное давление для привода в движения поршня, который раскручивает коленчатый вал.

Характеристики двигателей

При одних и тех же конструктивных параметрах у разных двигателей такие показатели, как мощность, крутящий момент и удельный расход топлива, могут отличаться. Это связано с такими особенностями, как количество клапанов на цилиндр, фазы газораспределения и т. п. Поэтому для оценки работы двигателя на разных оборотах используют характеристики — зависимость его показателей от режимов работы. Характеристики определяются опытным путем на специальных стендах, так как теоретически они рассчитываются лишь приблизительно.

Как правило, в технической документации к автомобилю приводятся внешние скоростные характеристики двигателя (рис. 4), определяющие зависимость мощности, крутящего момента и удельного расхода топлива от числа оборотов коленвала при полной подаче топлива. Они дают представление о максимальных показателях двигателя.

Показатели двигателя (упрощенно) изменяются по следующим причинам. С увеличением числа оборотов коленвала растет крутящий момент благодаря тому, что в цилиндры поступает больше топлива. Примерно на средних оборотах он достигает своего максимума, а затем начинает снижаться. Это происходит из-за того, что с увеличением скорости вращения коленвала начинают играть существенную роль инерционные силы, силы трения, аэродинамическое сопротивление впускных трубопроводов, ухудшающее наполнение цилиндров свежим зарядом топливо-воздушной смеси, и т. п.

Быстрый рост крутящего момента двигателя указывает на хорошую динамику разгона автомобиля благодаря интенсивному увеличению силы тяги на колесах. Чем дольше величина момента находится в районе своего максимума и не снижается, тем лучше. Такой двигатель более приспособлен к изменению дорожных условий и реже придется переключать передачи.

Мощность растет вместе с крутящим моментом и даже, когда он начинает снижаться, продолжает увеличиваться благодаря повышению оборотов. После достижения максимума мощность начинает снижаться по той же причине, по которой уменьшается крутящий момент. Обороты несколько выше максимальной мощности ограничивают регулирующими устройствами, так как в этом режиме значительная часть топлива расходуется не на совершение полезной работы, а на преодоление сил инерции и трения в двигателе. Максимальная мощность определяет максимальную скорость автомобиля. В этом режиме автомобиль не разгоняется и двигатель работает только на преодоление сил сопротивления движению — сопротивления воздуха, сопротивления качению и т. п.

Величина удельного расхода топлива также меняется в зависимости от оборотов коленвала, что видно на характеристике (см. рис. 4). Удельный расход топлива должен находиться как можно дольше вблизи минимума; это указывает на хорошую экономичность двигателя. Минимальный удельный расход, как правило, достигается чуть ниже средних оборотов, на которых в основном и эксплуатируется автомобиль при движении в городе.

Типы и параметры ДВС

Автомобильные поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) обладают множеством показателей – мощность, крутящий момент, расход топлива, выброс вредных веществ и т. д., которые во многом зависят от их конструктивных параметров.

Содержание статьи

Типы двигателей

Двигатель — устройство, преобразующее энергию сгорания топлива в механическую работу. Практически все автомобильные двигатели работают по циклу, состоящему из четырех тактов:

  • впуск воздуха или его смеси с топливом;
  • сжатие рабочей смеси,
  • рабочий ход при сгорании рабочей смеси;
  • выпуск отработавших газов.

Наибольшее распространение в автомобилях получили поршневые двигатели — бензиновые и дизели.

Бензиновые двигатели имеют принудительное зажигание топливо-воздушной смеси искровыми свечами. Различаются по типу системы питания:

  • в карбюраторных смешение бензина с воздухом начинается в карбюраторе и продолжается во впускном трубопроводе. В настоящее время выпуск таких двигателей снижается из-за низкой экономичности и несоответствия современным экологическим нормам;
  • в впрысковых двигателях топливо может подаваться одним инжектором (форсункой) в общий впускной трубопровод (центральный, моновпрыск) или несколькими инжекторами перед впускными клапанами каждого цилиндра (распределенный впрыск). В них возможно некоторое увеличение максимальной мощности и снижение расхода бензина и токсичности отработавших газов за счет более точной дозировки топлива электронной системой управления двигателем;
  • двигатели с непосредственным впрыскиванием бензина в камеру сгорания, который подается в цилиндр несколькими порциями, что оптимизирует процесс сгорания, позволяет двигателю работать на обедненных смесях, соответственно уменьшается расход топлива и выброс вредных веществ.

Дизели — двигатели, в которых воспламенение смеси топлива с воздухом происходит от повышения ее температуры при сжатии. По сравнению с бензиновыми эти двигатели обладают лучшей экономичностью (на 15-20%) благодаря большей (в два и более раз) степени сжатия (см. ниже), улучшающей процессы горения топливо-воздушной смеси. Достоинством дизелей является отсутствие дроссельной заслонки, которая создает сопротивление движению воздуха на впуске и увеличивает расход топлива. Максимальный крутящий момент (см. ниже) дизели развивают на меньшей частоте вращения коленчатого вала (в обиходе — “тяговиты на низах”).

Дизели устаревших конструкций обладали по сравнению с бензиновыми двигателями и рядом недостатков:

  • большей массой и стоимостью при одинаковой мощности из-за высокой степени сжатия (в 1,5-2 раза больше), увеличивавшей давление в цилиндрах и нагрузки на детали, что заставляло изготавливать более прочные элементы двигателя, увеличивая их габариты и вес;
  • большей шумностью из-за особенностей процесса горения топлива в цилиндрах;
  • меньшими максимальными оборотами коленвала из-за более высокой массы деталей, вызывавшей большие инерционные нагрузки. По этой же причине дизели, как правило, менее приемисты — медленнее набирают обороты.

Роторно-поршневой двигатель (Ванкеля) — в нем ротор-поршень совершает не возвратно-поступательное движение, как в бензиновых двигателях и дизелях, а вращается по определенной траектории. Благодаря этому он обладает хорошей приемистостью — быстро набирает обороты, обеспечивая автомобилю хорошую динамику разгона. Из-за конструктивных особенностей степень сжатия ограничена, поэтому работает только на бензине и обладает худшей экономичностью из-за формы камеры сгорания. Раньше его недостатком был меньший ресурс, а теперь и невысокие экологические показатели, которым сейчас уделяется большое внимание.

Гибридная силовая установка представляет собой комбинацию поршневого двигателя (как правило, дизеля), электродвигателя, генератора и тяговых (тяговая аккумуляторная батарея, в отличие от стартерной, рассчитана на разряд большими токами (50-100 А) в течение 30-60 минут) аккумуляторных батарей. Работа этой установки происходит в различных режимах в зависимости от характера движения автомобиля. При интенсивном разгоне вместе работают поршневой и электрический двигатели. Во время торможения двигателем за счет энергии замедления генератор заряжает аккумуляторные батареи. При движении в городском цикле может работать только электродвигатель. Все это позволяет, сохраняя (или даже улучшая) динамику разгона, значительно повысить экономичность и снизить выброс вредных веществ.

Компоновка поршневых двигателей

Значительное разнообразие компоновок поршневых двигателей связано с их размещением в автомобиле и необходимостью уместить определенное количество цилиндров в ограниченном объеме моторного отсека.

Рядный двигательРядный двигатель V-образный двигательV-образный двигатель

Рядный двигатель (рис. 1, а) — компоновка, при которой все цилиндры находятся в одной плоскости. Применяется для небольшого количества цилиндров (2, 3, 4, 5 и 6). Рядный шестицилиндровый двигатель легче всего поддается уравновешиванию (снижению вибраций), но обладает значительной длиной.

V-образный двигатель (рис. 1, б) — цилиндры у него расположены в двух плоскостях, как бы образуя латинскую букву V. Угол между этими плоскостями называют углом развала. Наиболее часто такое размещение цилиндров применяется для шести- и восьмицилиндровых двигателей и обозначается V6 и V8 соответственно. Такая компоновка позволяет уменьшить длину двигателя, но увеличивает его ширину.

Оппозитный двигательОппозитный двигатель VR-двигательVR-двигатель

Оппозитный двигатель (рис. 1, в) имеет угол развала 180°, благодаря этому у него высота агрегата наименьшая среди всех компоновок.

VR-двигатель (рис. 1, г) обладает небольшим углом развала (порядка 15°), что позволяет уменьшить как продольный, так и поперечный размеры агрегата.

W-двигательW-двигатель W-двигательW-двигатель

W-двигатель имеет два варианта компоновки — три ряда цилиндров с большим углом развала (рис. 1, д) или как бы две VR-компоновки (рис. 1, е).Обеспечивает хорошую компактность даже при большом количестве цилиндров. В настоящее время серийно выпускают W8 и W12.

 

Конструктивные параметры двигателей

Любой двигатель характеризуется следующими конструктивно заданными параметрами (рис. 2), практически неизменными в процессе эксплуатации автомобиля.

Конструктивные параметры двигателейКонструктивные параметры двигателей

Объем камеры сгорания — объем полости цилиндра и углубления в головке над поршнем, находящимся в верхней мертвой точке — крайнем положении на наибольшем удалении от коленвала.

Рабочий объем цилиндра — пространство, которое освобождает поршень при движении от верхней до нижней мертвой точки. Последняя является крайним положением поршня на наименьшем удалении от коленвала.

Полный объем цилиндра — равен сумме рабочего объема и объема камеры сгорания.

Рабочий объем двигателя (литраж) складывается из рабочих объемов всех цилиндров.

Степень сжатия — отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Этот параметр показывает, во сколько раз уменьшается полный объем при перемещении поршня из нижней мертвой точки в верхнюю. Для бензиновых двигателей определяет октановое число применяемого топлива.

 

Показатели двигателей

Силы, действующие в цилиндреСилы, действующие в цилиндре

Показателями двигателя называют величины, характеризующие его работу. Помимо конструктивных параметров, они зависят от особенностей и настроек систем питания и зажигания, степени износа деталей и пр.

Давление в конце такта сжатия (компрессия) является показателем технического состояния (изношенности) цилиндро-поршневой группы и клапанов.

Крутящий момент на коленчатом валу двигателя определяет силу тяги на колесах: чем он больше, тем лучше динамика разгона автомобиля. Равен произведению силы на плечо (рис. 3) и измеряется в Н·м (Ньютон на метр), ранее в кгс.м (килограмм-сила на метр).

Крутящий момент увеличивается с ростом:

  • рабочего объема . Поэтому двигатели, которым необходим значительный крутящий момент, обладают большим объемом;
  • давления горящих газов в цилиндрах , которое ограничено детонацией (взрывное горение бензо-воздушной смеси, сопровождаемое характерным звонким звуком. Ошибочно называется “стуком поршневых пальцев”) или ростом нагрузок в дизелях.

Максимальный крутящий момент двигатель развивает при определенных оборотах (см. ниже), они вместе с его величиной указываются в технической документации.

Мощность двигателя — величина, показывающая, какую работу он совершает в единицу времени, измеряется в кВт (ранее в лошадиных силах). Одна лошадиная сила (л.с.) приблизительно равняется 0,74 кВт. Мощность равна произведению крутящего момента на угловую скорость коленвала (число оборотов в минуту, умноженное на определенный коэффициент).

Двигатели большей мощности производители получают увеличением:

  • рабочего объема , что, в свою очередь, приводит к росту габаритов двигателя и ограничению допустимых максимальных оборотов из-за значительных сил инерции увеличившихся деталей;
  • оборотов коленчатого вала , число которых ограничено инерционными силами и увеличением износа деталей. Высокооборотный двигатель одинаковой мощности (при прочих равных условиях — конструкции двигателя, технологии изготовления, применяемых материалах и т.д.) с низкооборотным обладает меньшим сроком службы, так как в среднем для одного и того же пробега его коленчатый вал будет совершать больше оборотов;
  • давления в цилиндре путем повышения степени сжатия либо наддувом воздуха посредством турбо- или механических нагнетателей. Для применения наддува степень сжатия вынужденно уменьшают для предотвращения детонации (у бензиновых двигателей) и снижения жесткости работы (повышенные нагрузки в цилиндро-поршневой группе дизеля, сопровождаемые чрезмерным шумом) (у дизелей). Наддув позволяет, например, сохранить мощность при меньшем рабочем объеме.

Номинальная мощность — гарантируемая производителем мощность при полной подаче топлива на определенных оборотах. Именно она, а не максимальная мощность, указывается в технической документации на двигатель.

Удельный расход топлива — это количество топлива, расходуемого двигателем на 1 кВт развиваемой мощности за один час. Является показателем совершенства конструкции двигателя: чем расход ниже, тем более эффективно используется энергия сгорающего в цилиндрах топлива.

Характеристики двигателей

Внешние скоростные характеристики

При одних и тех же конструктивных параметрах у разных двигателей такие показатели, как мощность, крутящий момент и удельный расход топлива, могут отличаться. Это связано с такими особенностями, как количество клапанов на цилиндр, фазы газораспределения и т. п. Поэтому для оценки работы двигателя на разных оборотах используют характеристики — зависимость его показателей от режимов работы. Характеристики определяются опытным путем на специальных стендах, так как теоретически они рассчитываются лишь приблизительно.

Как правило, в технической документации к автомобилю приводятся внешние скоростные характеристики двигателя (рис. 4), определяющие зависимость мощности, крутящего момента и удельного расхода топлива от числа оборотов коленвала при полной подаче топлива. Они дают представление о максимальных показателях двигателя.

Показатели двигателя (упрощенно) изменяются по следующим причинам. С увеличением числа оборотов коленвала растет крутящий момент благодаря тому, что в цилиндры поступает больше топлива. Примерно на средних оборотах он достигает своего максимума, а затем начинает снижаться. Это происходит из-за того, что с увеличением скорости вращения коленвала начинают играть существенную роль инерционные силы, силы трения, аэродинамическое сопротивление впускных трубопроводов, ухудшающее наполнение цилиндров свежим зарядом топливо-воздушной смеси, и т. п.

Быстрый рост крутящего момента двигателя указывает на хорошую динамику разгона автомобиля благодаря интенсивному увеличению силы тяги на колесах. Чем дольше величина момента находится в районе своего максимума и не снижается, тем лучше. Такой двигатель более приспособлен к изменению дорожных условий и реже придется переключать передачи.

Мощность растет вместе с крутящим моментом и даже, когда он начинает снижаться, продолжает увеличиваться благодаря повышению оборотов. После достижения максимума мощность начинает снижаться по той же причине, по которой уменьшается крутящий момент. Обороты несколько выше максимальной мощности ограничивают регулирующими устройствами, так как в этом режиме значительная часть топлива расходуется не на совершение полезной работы, а на преодоление сил инерции и трения в двигателе. Максимальная мощность определяет максимальную скорость автомобиля. В этом режиме автомобиль не разгоняется и двигатель работает только на преодоление сил сопротивления движению — сопротивления воздуха, сопротивления качению и т. п.

Величина удельного расхода топлива также меняется в зависимости от оборотов коленвала, что видно на характеристике (см. рис. 4). Удельный расход топлива должен находиться как можно дольше вблизи минимума; это указывает на хорошую экономичность двигателя. Минимальный удельный расход, как правило, достигается чуть ниже средних оборотов, на которых в основном и эксплуатируется автомобиль при движении в городе.

Пунктирной линией на графике показаны более оптимальные характеристики двигателя.

Основные параметры двигателей автомобиля и их типы

Сердце автомобиля – ДВС или двигатель внутреннего сгорания, сложный технологический узел, обладающий множеством параметров. Их необходимо знать автолюбителю, чтобы ориентироваться при выборе автомобиля и ориентироваться во время эксплуатации и при ремонте. Наиболее значимыми параметрами являются:

  • Объем камер сгорания – определяет показатель расхода топлива и в значительной степени мощности;
  • Мощность – измеряется в киловаттах, но чаще используются лошадиные силы;
  • Крутящий момент – тяговое усилие;
  • Расход топлива – показатель указывается в литрах на 100 км. При этом учитываются дорожные условия: город, шоссе, смешанный режим;
  • Расход масла — тут важно учитывать тип, а порой и марку потребляемого масла.

Типовые параметры работы двигателей

Существует разделение ДВС на такие типы:

  • Бензиновые – часто используются в гражданском автомобилестроении, наиболее распространенный тип;
  • Дизельные – эти агрегаты отличаются надежностью и экономичностью. При этом несколько уступают бензиновым аналогам в динамике (набор скорости), но выигрывают по показателям проходимости. Широко используются военными, распространены в гражданском автомобилестроении;
  • Газовые – используют в качестве топлива сжиженный, природный, сжатый газ, который закачивается в специальные баллоны;

В список можно включить гибридные газодизельные агрегаты и роторно-поршневые. Последний тип широко использовался авиацией до середины XX века, в современных условиях встречается редко.

Количество цилиндров двигателя

Количество цилиндров в ДВС определяют его мощность. В процессе технической и технологической эволюции их количество постепенно увеличилось с 1 до 16. С увеличением количества цилиндров сами агрегаты становились больше. Решением в части экономии пространства стала концепция расположения цилиндров.

Расположение цилиндров

Существует такое понятие, как конфигурация двигателя, она определяется компоновкой цилиндров, их расположением. Можно выделить 2 основных типа – рядный, когда цилиндры расположены в ряд и V-образный. Второй тип наиболее часто используется в современном автопроме. В этом случае цилиндры располагаются под углом и соединяются с коленчатым валом, образуя латинскую букву V. Такая компоновка имеет подвиды:

  • W-образное расположение цилиндров;
  • Y-образное расположение цилиндров.

Реже применяются компоновки, образующие форму латинских букв U и H.

Объем двигателя

Рабочий объем ДВС определяет его мощность. Этот параметр измеряется в см3, но чаще в литрах. Он определяется путем суммирования внутреннего объема всех цилиндров силового агрегата. За основу в вычислениях берется поперечное сечение цилиндра и умножается на длину хода по нему поршня. В результате получается рабочий объем.
Параметр также определяет во многих странах мира сумму сборов. Соответственно чем больше объем, тем мощнее двигатель, а значит, его владелец заплатит больший взнос. Перспективным направлением разработок современности являются ДВС с изменяемым объемом. Это технология, когда при определенных условиях цилиндры отключаются.

Материал, из которого изготавливается двигатель

Основным материалом в производстве двигателей являются металлы и их сплавы:

  • Чугун – обеспечивает надежность и прочность, но минусом является внушительный вес;
  • Алюминиевые сплавы – дают неплохую прочность, при этом легкие. Недостаток – большая стоимость;
  • Магниевые сплавы – наиболее дорогостоящий материал, отличается высокой прочностью.

Многие производители автомобилей комбинируют материалы. Это во многом диктуется принадлежностью модели к тому или иному классу, что ставит ее в определенные ценовые рамки.

Мощность двигателя

Основополагающий параметр ДВС. Он измеряется в лошадиных силах, реже в кВт (киловатты). Мощность определяет скоростной предел и динамику разгона. Это еще один важный момент в условиях высокой конкуренции между производителями. Серьезная борьба идет в сегменте премиумных, спортивных автомобилей, а также в классе роадстеров и мускулкаров. Здесь разгон от 0 до 100 км/ч играет важную роль и может быть меньше 4 секунд.

Крутящий момент

Крутящий момент – параметр, определяющий тяговую силу мотора, обозначается Н/м (Ньютоны на метр). Значение непосредственно связано с мощностью и динамикой, хотя и не является для них определяющим. В значительной степени крутящий момент влияет на «эластичность» силового агрегата. Под этим словом подразумевается возможность ускоряться при низких оборотах. Соответственно, чем больше ускорение, тем эластичней мотор.

Расход топлива

Показатель потребления топлива двигателем зависит от его рабочего объема, а соответственно мощности. Основополагающую роль играет тип топливной системы:

  • Карбюраторная;
  • Инжекторная.

Измеряется показатель в литрах на 100 км. Техническая документация современных автомобилей предоставляет данные о расходе топлива при нескольких режимах движения: езда по городу, трассе, смешанный тип. В некоторых моделях, преимущественно внедорожниках, указывается расход при движении в условиях бездорожья, так как задействуются все 4 колеса и потребление бензина, дизеля значительно возрастает.

Тип топлива

ДВС могут потреблять разные виды топлива, но в основном используются:

  • Бензин – продукт переработки нефти-сырца или вторичной перегонки нефтепродуктов. Основополагающим показателем является октановое число, которое указывается в цифрах. Буквенное сочетание, стоящее перед цифрами «АИ» означает:
    А – бензин автомобильный;
    И – октановое число определено исследовательским способом. Если этой буквы в маркировки нет, значит, октановое число выведено моторным методом.
    Российские стандарты предусматривают такие марки бензина: А-76, А-80, АИ-91, АИ-92, АИ-93, АИ-95, АИ-98. Наиболее востребованными в настоящее время являются марки с октановым числом 92,95,98;
  • Дизель или дизельное топливо – получается путем промышленного перегона нефти. В его состав входят 2 вещества:
    1. Цетан – легковоспламеняющийся компонент, чем его содержание больше, тем выше качество топлива;
    2. Метилнафталин – не горючий компонент.
    Основополагающими характеристиками дизеля являются: прокачиваемость и воспламеняемость. В зависимости от спецификации подразделяется на: летнее, зимнее, арктическое (ориентировано на использование при экстремально низких температурах).

Также ДВС в качестве топлива может использовать газы: метан, пропан, бутан. Для этого на автомобиль устанавливаются специальные системы.

Расход масла

Показатель расхода масла указывается производителем автомобиля в технической документации к нему. Нормальным считается потребление смазки в соотношении 0,8–3% от потребляемого количества топлива. Также на этот показатель влияет размер двигателя, он увеличивается на больших, мощных агрегатах, особенно дизельных.
Различают расход масла:

  • Штатный – испарение смазочного материала с цилиндров, выдавливание через картер газами, смазка компрессора турбины;
  • Нештатный – течи уплотнений, потеря масла через сальники коленвала, маслосъемные поршневые кольца, перемычки поршня, когда происходит их разрушение.

К чрезмерному расходу приводит использование масла низкого качества и несоответствующей требованиям технической эксплуатации марки.

Ресурсная прочность

Ресурсная прочность – показатель, определяющий частоту проведения ТО. Измеряется пробегом. Оптимальное количество пройденных километров от 5000 до 30 000. Этот показатель дает возможность рассчитать максимальный срок эксплуатации силового агрегата.

Тип топливной системы

На бензиновые и дизельные моторы устанавливаются разные типы топливных систем. Бензиновые агрегаты могут оснащаться карбюраторной или инжекторной системой. Первая основана на механическом принципе, подача топлива регулируется дроссельной заслонкой. Второй тип – инжекторный позволяет осуществлять настройки с помощью электронных средств. Это значительно увеличивает КПД двигателя, сокращает расход топлива.
Дизельные агрегаты оснащаются ТНВД (топливными насосами высокого давления). Это устройство считается устаревшим и ненадежным. Чаще всего оно используется совместно с форсунками, обладающими функциями насоса. Но сами по себе они не могут обеспечить стабильную работу двигателя.

Тип бензиновой системы впуска

Существует 2 разновидности топливных бензиновых систем: карбюраторная, инжекторная. Они отличаются конструктивным устройством, а также принципами подачи топлива в цилиндры:

  • Карбюратор вливает бензин сплошным потоком, что затрудняет его смешивание с воздухом и детонацию. Это приводит к увеличенному расходу топлива, снижению технических характеристик мотора;
  • Инжекторная система превращает топливо в мелкодисперсную субстанцию – распыляет его. Это дает ему возможность быстро смешиваться с воздухом внутри цилиндра и приводит к увеличению характеристик двигателя и уменьшению расхода топлива.

Тип бензиновой системы впрыска

Существует одноточечная и многоточечная система впрыска. Первая не используется на современных моторах, вторая, в свою очередь, многоточечная система бывает:

  • Распределенной. Она обеспечивает стабильную работу силового агрегата, но не обеспечивает высокую динамику и не увеличивает мощность;
  • Прямой. В этом случае обеспечивается оптимальный расход топлива, увеличивается мощность двигателя и его ресурсная прочность. Недостатком системы является нестабильность работы на малых оборотах. Также минусом можно считать высокую требовательность к качеству бензина.

Дизельная система впрыска

Классическая схема впрыска топлива дизельного ДВС выглядит так:

  • ТНВД – топливный насос высокого давления подает горючее в рампу;
  • В рампе дизельное топливо нагнетается и с помощью форсунок-насосов подается в камеру сгорания.

На сегодняшний день это наиболее надежная схема впрыска дизельного топлива.

Форсунки впрыска

По принципу работы форсунки впрыска бывают:

  • Механические;
  • Пьезотронные.

Последние обеспечивают плавную работу двигателя. Больше ни на какие характеристики мотора форсунки впрыска не влияют.

Количество клапанов

Клапана, их количество влияет на показатель мощности мотора. Считается, что при большем количестве клапанов, работа двигателя становится плавнее. Устанавливаются они на впуск и выпуск цилиндра от 2 до 5 штук. Недостатком большого количества клапанов является увеличенный расход топлива.

Компрессор

Главная функция компрессора – повышение мощности ДВС без увеличения его размеров. Это делается с помощью нагнетания в камеру сгорания большего объема воздуха, что позволяет делать взрыв топливной смеси более мощным. Устанавливается компрессор на впускную систему автомобиля.
Компрессор приводится в движение механическим способом через соединение с коленвалом. Это делается посредством ремня или цепи. Турбокомпрессор нагнетает воздух под действием потока газов, которые крутят турбину, отвечающую за подачу дополнительной порции атмосферной массы.
Компрессоры по принципу подачи воздуха делятся на:

  • Центробежные – простая конструкция, где нагнетателем является крыльчатка;
  • Роторные – воздух нагнетается кулачковыми валами;
  • Двухвинтовые – функции нагнетателей выполняют винты, расположенные параллельно друг другу.

Система газораспределения

ГРМ или газораспределительный механизм отвечает за потоками газов в цилиндре. Он также выполняет функцию переключателя фаз процесса распределения. Принцип действия основан на блокировании и открывании впускных и выпускных отверстий камер сгораний. Это делается при помощи регулировочных элементов:

  • Клапанов;
  • Валов с приводами;
  • Толкателей;
  • Коромысел;
  • Шлангов.

По принципу управления процессом распределения газов ГРМ разделяются на:

  • Клапанные;
  • Золотниковые;
  • Поршневые.

Технические характеристики двигателя

О любом двигателе можно получить представление, зная набор определенных технических параметров.

Диаметр цилиндра. Имеется в виду внутренний диаметр цилиндра. Обычно измеряется в нескольких точках и рассчитывается как среднее арифметическое из полученных данных.

Ход поршня — это расстояние, которое поршень проходит от ВМТ до НМТ. Равняется также удвоенному радиусу кривошипа.

Примечание
Обычно при описании технических характеристик двигателя диаметр цилиндра и ход поршня записываются вместе, через знак «х», например 95 х 85 мм. Если ход поршня превышает диаметр цилиндра, двигатель называют длинноходным, если наоборот – короткоходным.

Ход поршня
Рисунок 4.4 Ход поршня.

Радиус кривошипа – это расстояние, на которое шатунная шейка (та, к которой крепится шатун) отведена от оси коренной шейки коленчатого вала, как показано на рисунке 4.4.

Рабочий объем двигателя – объем пространства, заключенный между ВМТ и НМТ поршня, умноженный на количество цилиндров. Измеряется в сантиметрах кубических (см3) или литрах (л). А объем, который находится над поршнем, когда тот установлен в ВМТ, называется объемом камеры сгорания. Сумма объема камеры сгорания и рабочего объема называется полным объемом. Обычно в характеристиках полный объем не приводится, однако используется для получения такого немаловажного параметра, как степень сжатия.

Степень сжатия – отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Данный параметр характеризует то, во сколько раз сжимается топливовоздушная смесь в цилиндре. Записывается обычно в виде соотношения, например, 14:1 – в данном случае имеется в виду, что камера сгорания по объему в 14 раз меньше полного объема. Степень сжатия влияет на эффективность и мощность двигателя: чем выше, тем эффективнее, но есть и ограничения, ввиду особенностей используемого топлива (смотрите ниже в разделе «Система питания современных двигателей»).

Примечание
Если двигатель бензиновый, то бесконечно увеличивать степень сжатия нельзя, так как вместе с этим увеличивается вероятность детонации топливовоздушной смеси и, как следствие, происходит выход из строя всего двигателя. Подробнее о детонации будет рассказано ниже.

Рядность – обозначение взаимного расположения цилиндров. Двигатель может быть рядным, V-образным, W-образным.

Различные варианты взаимного расположения цилиндров
Рисунок 4.5 Различные варианты взаимного расположения цилиндров.

Порядок работы. Если в двигателе больше двух цилиндров, то для более равномерной и сбалансированной работы агрегата необходимо, чтобы рабочий ход в каждом из цилиндров реализовывался не одновременно, а в определенной последовательности, при этом очередность определяется, в основном, количеством цилиндров.

Примечание
Для ДВС с одинаковым количеством цилиндров может быть несколько вариантов порядка работы.

Так, например, самый распространенный порядок работы четырехцилиндрового двигателя: 1 – 3 – 4 – 2. Такая запись говорит о том, что сначала рабочий ход будет совершать поршень первого цилиндра, затем третьего, четвертого и второго, соответственно.

Для примера опишем работу четырехцилиндрового рядного двигателя.

Схематическое изображение четырехтактного четырехцилиндрового рядного двигателя
Рисунок 4.6 Схематическое изображение четырехтактного четырехцилиндрового рядного двигателя.

В четырехтактном четырехцилиндровом рядном двигателе (показан на рисунке 4.6) кривошипы коленчатого вала расположены в одной плоскости: два крайних кривошипа 1-й и 4-й под углом 180° к двум средним — 2-му и 3-му. При вращении вала поршни первого и четвертого, а также второго и третьего цилиндров попарно движутся в одном направлении. Когда поршни первого и четвертого цилиндров приходят в НМТ, поршни второго и третьего цилиндров находятся в ВМТ, и наоборот. В каждом из цилиндров рабочий цикл завершается за два оборота коленчатого вала, а чередование тактов подобрано таким образом, что одновременно во всех цилиндрах происходят разные такты. Этим обеспечивается равномерность вращения вала.

Предположим, что при первом полуобороте вала (от 0 до 180°) в первом цилиндре поршень идет от ВМТ до НМТ и в нем происходит рабочий ход. Тогда в четвертом цилиндре поршень также движется к НМТ, но происходит впуск горючей смеси. Во втором и третьем цилиндрах поршни движутся к ВМТ, при этом в третьем цилиндре идет сжатие рабочей смеси, а во втором — выпуск отработавших газов.

Примечание
Моменты открытия и закрытия клапанов регулируются распределительным валом (подробнее рассмотрено ниже).

В течение дальнейших трех полуоборотов коленчатого вала в каждом из цилиндров такты будут следовать в обычной для четырехтактного процесса очередности.

К тому времени, когда вал закончит четвертый полуоборот, во всех цилиндрах произойдут все такты рабочего цикла. При дальнейшем вращении вала такты будут повторяться в той же последовательности.

При работе четырехтактного четырехцилиндрового двигателя на каждый полуоборот коленчатого вала приходится один рабочий ход, причем рабочие ходы чередуются не в порядке расположения цилиндров, а в другой последовательности. Сначала рабочий ход происходит в первом цилиндре, затем в третьем, далее в четвертом и, наконец, во втором, т. е. рабочие ходы чередуются в порядке 1 — 3 — 4 — 2. Этот порядок чередования рабочих ходов по цилиндрам называется порядком работы двигателя.

Полуобороты коленчатого вала
Рисунок 4.7 Полуобороты коленчатого вала.

При одной и той же форме расположения кривошипов вала, но при другом порядке открытия и закрытия клапанов, что зависит от конструкции механизма газораспределения, четырехцилиндровый двигатель может иметь другую последовательность чередования тактов и другой порядок работы. Если при первом полуобороте вала в третьем цилиндре будет происходить такт выпуска, а во втором — такт сжатия, то чередование тактов в двигателе изменится, и получится порядок работы 1 — 2 — 4 — 3.

Полуобороты
коленчатого вала
Углы поворота коленчатого
вала, град
Цилиндры
1-й 2-й 3-й 4-й
1-й 0 – 180 Рабочий ход Выпуск Сжатие Впуск
2-й 180 – 360 Выпуск Впуск Рабочий ход Сжатие
3-й 360 – 540 Впуск Сжатие Выпуск Рабочий ход
4-й 540 – 720 Сжатие Рабочий ход Впуск Выпуск

Компрессия в цилиндре – максимальное давление, создаваемое в цилиндре при сжатии воздуха поршнем. Зачастую измеряется в барах или кг/см2. Часто степень сжатия путают с компрессией. Однако надо всегда помнить, что степень сжатия — параметр исключительно геометрический, в отличие от компрессии.

Мощность двигателя – работа двигателя, совершаемая в единицу времени, измеряется в лошадиных силах (л. с.) или киловаттах (кВт). Проще говоря, мощность — это параметр, который описывает, как быстро может вращаться коленчатый вал двигателя. Чтобы лучше понять, представьте, что вы велосипедист, а мощность — это характеристика, описывающая, как быстро вы можете крутить педали.

Крутящий момент – произведение силы на плечо. В случае двигателя внутреннего сгорания — это тяга, создаваемая на коленчатом валу, иначе говоря — сила, с которой поршень давит через шатун на шатунную шейку коленчатого вала, умноженная на радиус кривошипа (смотрите выше). Чтобы было понятней, вернемся к велосипедисту. Величина тяги на оси педалей зависит как от длины педали (плеча), так и от силы, с которой велосипедист давит на эту педаль. Измеряется крутящий момент в Ньютон на метр (Н·м).

характеристики, бензиновые и дизельные, лучшее масло

Двигатель Z16SE – 84-сильный 1.6-литровый мотор, который появился с выходом Opel Astra G, работает в паре с автоматической и механической коробкой. По сравнению с предшественником в Z16SE совсем другой впускной коллектор, изменена ГБЦ, новая прокладка клапанной крышки, совсем другие поршня и полностью изменена цилиндро-поршневая группа. Читать больше проДвигатель Opel Z16SE …

Двигатель Opel Z14XEP является 1.4-литровым 4-тактным атмосферным бензиновым малолитражным двигателем второго поколения семейства Ecotec Family 0, разработанным Opel (в то время дочкой GM). Двигатель выпускался с 2003 по 2010 год. Читать больше проДвигатель Opel Z14XEP …

Двигатель Z12XEP является 1.2-литровым, 4-тактным атмосферным бензиновым малолитражным двигателем второго поколения семейства Ecotec Family 0, разработанным Opel (в то время дочкой GM). Двигатель выпускался с 2002 года. Читать больше проДвигатель Opel Z12XEP …

Двигатель Z10XEP — 3-цилиндровый рядный мотор с водяным охлаждением разработанный компанией General Motors. Мощность двигателя составляет 60 л.с. (44 кВт) при объеме двигателя 998 куб.см (1 литр). ДВС накрыли адаптированной под 3 цилиндра 2-вальной 12-клапанной ГБЦ от Z14XEP. Читать больше проДвигатель Opel Z10XEP …

Дизельный двигатель K9K однорядный, серии K — разработка Renault-Nissan 2001 года, имеет 4 цилиндра, 8 клапанов. Это экономичный и недорогой мотор с объемом 1.5 литра и системой впрыска dCi. Читать больше проДвигатель K9K …

Двигатель 4D56 был разработан в 1986 году японской автомобильной компанией Mitsubishi. После чего на протяжении 10 лет японские инженеры его дорабатывали. Основной задачей для конструкторов было увеличить мощность и эксплуатационный ресурс, обеспечить нормальную ремонтопригодность. Читать больше проДвигатель Mitsubishi 4D56 …

Двигатель Mitsubishi 4B11T — первый двигатель для Lancer Evolution, в котором используется блок цилиндров из литого алюминия, а не чугунный блок, использовавшийся в предыдущем двигателе 4G63T. Вес двигателя был уменьшен на 12 кг по сравнению с предшественником, даже с учетом добавления цепи ГРМ вместо ремня. Читать больше проДвигатель Mitsubishi 4B11T …

Двигатель Mitsubishi 4М41 — 4-цилиндровый рядный мотор с водяным охлаждением. Мощность двигателя составляет от 160 л.с. до 200 л.с. при объеме двигателя 3200 куб.см. Первое время мотор оснащался распределительным насосом и лишь с 2006 года Common Rail. Читать больше проДвигатель Mitsubishi 4М41 …

Двигатель 4М40 — дизельный, рядный, 4-цилиндровый. С верхним расположением распределительного вала. Блок цилиндров 4М40 выполнен из чугуна, головка блока — из алюминиевого сплава. Предлагался в атмосферной и турбо версии, с механическим и электронным ТНВД. Читать больше проДвигатель Mitsubishi 4М40 …

Двигатель 1VD-FTV является первым дизелем Тойота с конфигурацией V8. Пришел на смену старой и проверенной «шестерки» 1HD-FTE. Чтобы соответствовать стандартам Евро-5, двигатель комплектуется системой рециркуляции отработавших газов (EGR) с водяным охлаждением, каталитическим нейтрализатором и сажевым фильтром. Читать больше проДвигатель Toyota 1VD-FTV …

В 1993 году был создан и запущен в серийное производство двигатель 1KZ-TE. До настоящего времени считается самой удачной версией дизельного двигателя. Этот мотор компании Toyota за короткое время смог вытеснить с рынка дизельные моторы 2L-TE. Читать больше проДвигатель Toyota 1KZ …

Новый 3-литровый дизель 1KD-FTV очень заметно прибавил в характеристиках, вплотную приблизившись к бензиновым двигателям того же объема по мощности и значительно превосходя их по моменту. Однако надо сразу отметить, что по динамическим показателям машина с таким мотором по-прежнему им ощутимо уступает. Читать больше проДвигатель Toyota 1KD-FTV …

Двигатель Toyota 1HZ был разработан в начале 90-х годов для внедорожников Land Cruiser. Это 4.2-литровый дизельный двигатель с одним распредвалом на 12 клапанов. Читать больше проДвигатель Toyota 1HZ …

Выпуск дизелей серии 1HD был начат в 1990 году, тогда мотор появился на автобусе Toyota Coaster и внедорожнике Land Cruiser 80. Двигатель 1HD получился не только очень надежным и не прихотливым, но и его мощностные показатели достаточно внушительны. Простота конструкции позволяет ремонтировать и обслуживать мотор своими руками. Читать больше проДвигатель Toyota 1HD …

Двигатель OM626 — рядный дизельный 4-цилиндровый мотор. Рабочий объем 1.6 литра, непосредственный впрыск Common Rail, пьезофорсунки, 4 клапана на цилиндр, DOHC, (двойной) турбонаддув, интеркуллер. Чугунный блок и алюминиевая головка цилиндров. Для автомобилей с продольным расположением силового агрегата. Читать больше проДвигатель Mersedes OM626 …

14 электрические характеристики двигателя, которые необходимо знать

Электрические характеристики двигателя

Электрические характеристики, такие как напряжение, частота и фаза источника питания, должны соответствовать номинальным характеристикам двигателя, указанным на паспортной табличке. Двигатель будет удовлетворительно работать при напряжении в пределах 10% от значения, указанного на паспортной табличке, или частоте в пределах 5%, или при комбинированном изменении напряжения и частоты, не превышающем 10%.

17 electrical characteristics of the motor you should know 17 электрические характеристики двигателя, которые вы должны знать (на фото: Восстановленный электродвигатель Delco 1.5 л.с. 1760 об / мин)
  1. Напряжение
  2. Этап
  3. Ток (А)
  4. Герц / Частота
  5. Мощность
  6. Скорости
  7. Класс изоляции
  8. Коэффициент обслуживания
  9. Конденсаторы
  10. Эффективность
  11. Энкодеры
  12. Тепловая защита (перегрузка)
  13. Устройства заземления вала
    1. Щит Фарадея
    2. Щетка заземления
    3. Кольцо заземления вала
    4. Изолированные подшипники
  14. Характеристики крутящего момента и скорости

1.Напряжение

Обычные напряжения 60 Гц для однофазных двигателей: 115 В, 230 В и 115/230 В . Обычное напряжение 60 Гц для трехфазных двигателей: 230 В, 460 В и 230/460 Вольт . Иногда встречаются моторы на двести и 575 вольт.

В предыдущих стандартах NEMA эти напряжения были указаны как 208 или 220/440 или 550 вольт .

Двигатели с указанными на паспортной табличке напряжениями можно смело заменять двигателями, имеющими текущую стандартную маркировку 200 или 208, 230/460 или 575 вольт соответственно.

Двигатели, рассчитанные на 115 / 208-230 вольт и 208-230 / 460 вольт, в большинстве случаев будут удовлетворительно работать при 208 вольт, , но крутящий момент будет на 20% — 25% ниже . Для работы при напряжении ниже 208 вольт может потребоваться двигатель на 208 вольт (или 200 вольт) или использование более мощного двигателя со стандартным напряжением.

Industrial motor nameplate Industrial motor nameplate Заводская табличка промышленного двигателя (фото: INYOPools.com)

Вернуться к Электрические характеристики двигателя ↑


2. Этап

Однофазные двигатели составляют до 80% двигателей, используемых в Соединенных Штатах, но используются в основном в домах и во вспомогательных промышленных устройствах малой мощности, таких как вентиляторы и на фермах.

Трехфазные двигатели обычно используются на более крупном торговом и промышленном оборудовании .

Вернуться к Электрические характеристики двигателя ↑


3. Ток (А)

При сравнении типов двигателей ток полной нагрузки и / или коэффициент эксплуатации являются ключевыми параметрами для определения надлежащей нагрузки на двигатель . Например, никогда не заменяйте двигатель типа PSC (постоянный разделенный конденсатор) на электродвигатель с заштрихованным полюсом, так как его ток обычно будет на 50–60% выше.

Сравните PSC с PSC, конденсаторный запуск с конденсаторным запуском и так далее.

Вернуться к Электрические характеристики двигателя ↑


4. Герц / Частота

В Северной Америке 60 Гц (циклы) является обычным источником питания. Однако большая часть остального мира поставляется с мощностью 50 Гц .

Вернуться к Электрические характеристики двигателя ↑


5. Мощность

Ровно 746 Вт электроэнергии даст 1 л.с. , если двигатель может работать со 100% -ным КПД, но, конечно, ни один двигатель не является 100% -ным КПД.Двигатель мощностью 1 л.с., работающий с КПД 84%, будет иметь общее потребление 888 Вт. Это составляет 746 Вт полезной мощности и 142 Вт потерь из-за тепла, трения и т. Д. (888 × 0,84 = 746 = 1 л.с., ).

Мощность в лошадиных силах также можно рассчитать, если известен крутящий момент, по одной из следующих формул:

Motor horsepower calculation Motor horsepower calculation

Вернуться к Электрические характеристики двигателя ↑

6. Скорости

Приблизительное число оборотов в минуту при номинальной нагрузке для малых и средних двигателей, работающих при 60 Гц и 50 Гц при номинальном напряжении, составляет:

Тип двигателя 60 Гц 50 Гц Синхронная скорость
2-полюсный двигатель 3450 2850 3600
4-полюсный двигатель 1725 1425 1800
6-полюсный двигатель 1140 950 1200
8-полюсный двигатель 850 700 900

Синхронная скорость (без нагрузки) может быть определена по следующей формуле:

Motor synchronou speed Motor synchronou speed

Вернуться к Электрические характеристики двигателя ↑


7.Класс изоляции

Системы изоляции классифицируются по стандартной классификации NEMA в соответствии с максимально допустимыми рабочими температурами . Они следующие:

Класс Макс. допустимая температура
А 105 ° С (221 ° F)
B 130 ° С (266 ° F)
F 155 ° С (311 ° F)
H 180 ° С (356 ° F)

* Повышение температуры двигателя плюс максимальное значение температуры окружающей среды

Обычно заменяют двигатель на двигатель с таким же или более высоким классом изоляции.Замена на более низкую температуру может привести к преждевременной поломке двигателя. Каждое повышение на 10 ° C выше этих значений может сократить срок службы двигателя наполовину.

Вернуться к Электрические характеристики двигателя ↑


8. Фактор обслуживания

Эксплуатационный коэффициент (SF) — это мера продолжительной перегрузочной способности, при которой двигатель может работать без перегрузки или повреждений, при условии, что другие параметры конструкции, такие как номинальное напряжение, частота и температура окружающей среды, находятся в пределах нормы.

Пример: Двигатель 3/4 л.с. с SF 1,15 может работать при 0,86 л.с. (0,75 л.с. × 1,15 = 0,862 л.с. ) без перегрева или иного повреждения двигателя, если на его проводах подаются номинальное напряжение и частота. , У некоторых двигателей коэффициент обслуживания на выше, чем у стандарта NEMA .

Изготовитель оригинального оборудования (OEM) нередко нагружает двигатель до максимальной допустимой нагрузки (коэффициент обслуживания). По этой причине модель не заменяет двигатель с такой же мощностью, указанной на паспортной табличке, но с более низким эксплуатационным коэффициентом .

Всегда проверяйте, что максимальная мощность заменяемого двигателя (номинальная мощность x SF) равна или выше, чем у заменяемого двигателя. Умножьте мощность на коэффициент обслуживания, чтобы получить максимальную потенциальную нагрузку.

Для удобства в этой таблице показаны стандартные коэффициенты обслуживания NEMA для двигателей различной мощности и скорости вращения.

для двигателей с защитой от капель
Коэффициент обслуживания Синхронная скорость (об / мин)
л.с. 3600 1800 1200 900
1/6, 1/4.1/3 1,35 1,35 1,35 1,35
1/2 1,25 1,25 1,25 1,25
3/4 1,25 1,25 1,15 1,15
1 1,25 1,15 1,15 1,15
1 1/2 вверх 1,15 1,15 1.15 1,15

Сервисный коэффициент NEMA для полностью закрытых двигателей составляет 1,0. Однако многие производители создают TEFC с коэффициентом обслуживания 1,15.

Вернуться к Электрические характеристики двигателя ↑


9. Конденсаторы

Конденсаторы

используются во всех асинхронных двигателях дробного высокого давления, за исключением экранированных полюсов, расщепленных фаз и многофазных. Пусковые конденсаторы рассчитаны на то, чтобы оставаться в цепи очень короткое время (3-5 секунд), в то время как рабочие конденсаторы постоянно находятся в цепи.Конденсаторы классифицируются по емкости и напряжению.

Никогда не используйте конденсатор с напряжением ниже рекомендованного с новым двигателем! Допустимо более высокое напряжение.

Вернуться к Электрические характеристики двигателя ↑


10. КПД

КПД двигателя — это показатель полезной работы, производимой двигателем, по сравнению с потребляемой им энергией (тепло и трение). Двигатель с КПД 84% и общей потребляемой мощностью 400 Вт вырабатывает 336 Вт полезной энергии (400 × 0.84 = 336W ).

Потерянные 64 Вт (400 — 336 = 64 Вт) превращаются в тепло .

Вернуться к Электрические характеристики двигателя ↑


11. Энкодеры

Энкодеры — это устройства, которые преобразуют сигнал , будь то движение в обратную связь по положению или скорости для системы управления движением. Возьмем конвейерную систему в качестве приложения. Вы хотите, чтобы конвейер работал со скоростью 100 футов в минуту. На валу двигателя, который приводит в движение этот конвейер, установлен энкодер.

Выходной сигнал энкодера поступает в контроллер, и пока выходной сигнал сообщает контроллеру, что все в порядке — двигатель работает с правильной скоростью — , он продолжает работать с текущей скоростью .

Если нагрузка на конвейер изменяется, как будто он перегружается из-за дополнительного веса продукта, добавленного на конвейер , контроллер должен заметить изменение импульсов от энкодера, поскольку скорость конвейера замедляется из-за этого дополнительного веса, и контроллер отправит на двигатель сигнал для увеличения скорости, чтобы компенсировать это изменение нагрузки.

Как только нагрузка вернется к стандартной ожидаемой нагрузке, система управления снова увидит сигнал от энкодера и замедлит двигатель до необходимой скорости.

Существует два основных типа энкодеров, поворотные и линейные , и каждый из них может использовать разные технологии измерения. Они бывают оптическими, магнитными или индуктивными. Наиболее часто используются оптические поворотные энкодеры.

Вернуться к Электрические характеристики двигателя ↑


12.Тепловая защита (перегрузка)

Термозащита, автоматическая или ручная, установленная в торцевой раме или на обмотке, предназначена для предотвращения перегрева двигателя, что может привести к возгоранию или повреждению двигателя. Протекторы обычно чувствительны к току и температуре. Некоторые двигатели не имеют собственной защиты, но для безопасности они должны иметь защиту, предусмотренную в общей конструкции системы.

Никогда не обходите устройство защиты из-за ложного срабатывания ! Обычно это указывает на какую-то другую проблему, , такую ​​как перегрузка или отсутствие надлежащей вентиляции .

Ни в коем случае не заменяйте и не выбирайте двигатель с защитой от тепловой перегрузки с автоматическим перезапуском для приложений, где приводимая нагрузка может привести к травмам, если двигатель неожиданно перезапустится. В таких приложениях следует использовать только тепловые перегрузки с ручным сбросом.

Основные типы устройств защиты от перегрузки включают:

  1. Автоматический сброс: После охлаждения двигателя это устройство защиты от прерывания линии автоматически восстанавливает питание. Его не следует использовать там, где неожиданный перезапуск может быть опасен.
  2. Ручной сброс: Это устройство защиты от прерывания линии имеет внешнюю кнопку, которую необходимо нажать, чтобы восстановить питание двигателя. Используйте там, где неожиданный перезапуск может быть опасен, например, на пилах, конвейерах, компрессорах и другом оборудовании.
  3. Температурные датчики сопротивления: Точно откалиброванные резисторы устанавливаются в двигатель и используются вместе с прибором, поставляемым заказчиком, для обнаружения высоких температур.

Вернуться к Электрические характеристики двигателя ↑


13.Устройства заземления вала

Заземление вала рекомендуется (NEMA MG1 31.4.4.3) как эффективное средство защиты подшипников. для двигателей, работающих от инвертора. Напряжение на валу возникает в двигателях, питаемых от преобразователей частоты (VFD). Эти частотно-регулируемые приводы наводят напряжение с вала на вал ведомого двигателя из-за чрезвычайно высокой скорости переключения биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), которые создают широтно-импульсную модуляцию, используемую для управления двигателями переменного тока.

Одного заземляющего устройства достаточно для сброса напряжения на валу от инверторного источника, тем самым защищая оба подшипника для двигателей размером до 6085 рамы .

Существует четыре распространенных метода , которые могут минимизировать или устранить повреждение подшипника , вызванное этими токами заземления:

  1. щит Фарадея,
  2. Изолированные подшипники или керамические подшипники,
  3. Шлифовальная щетка или
  4. Кольцо заземления

Экранирование кабеля или провода между двигателем и частотно-регулируемым приводом также может значительно улучшить эти выбросы.

Вернуться к Электрические характеристики двигателя ↑


13.1 щит Фарадея

Асинхронный двигатель с электростатическим экраном (ESIM) — один из подходов к решению проблемы напряжения на валу, поскольку изоляция снижает уровни напряжения ниже диэлектрического пробоя.

Это эффективно останавливает деградацию подшипников и предлагает одно решение для ускоренного износа подшипников, вызванного флютингом, вызванным частотно-регулируемыми приводами.

Вернуться к Электрические характеристики двигателя ↑


13.2 Щетка заземления

Заземление вала путем установки заземляющего устройства обеспечивает альтернативный путь с низким сопротивлением от вала двигателя к корпусу двигателя.Это отводит ток от подшипников.

Он значительно снижает напряжение на валу и, следовательно, ток в подшипниках , не позволяя напряжению нарастать на роторе.

Вернуться к Электрические характеристики двигателя ↑


13.3 Кольцо заземления вала

Заземляющее кольцо вала (SGR) похоже на заземляющую щетку, за исключением того, что эта щетка использует проводящие микроволокна , создавая путь с низким сопротивлением от двигателя.

Вернуться к Электрические характеристики двигателя ↑


13.4 Изолированные подшипники

Изолированные или керамические подшипники исключают путь к земле через подшипник для прохождения тока.

Вернуться к Электрические характеристики двигателя ↑


14. Частотно-вращательные характеристики двигателей

Величина крутящего момента, создаваемого двигателем, обычно зависит от скорости. Эта характеристика крутящий момент-скорость зависит от типа и конструкции двигателя и часто отображается на графике крутящий момент-скорость .

Typical Torque-Speed Graph Typical Torque-Speed Graph Рисунок 2 — Типичный график крутящего момента-скорости

Некоторые важные факторы, указанные на графике, включают:

  1. Пусковой крутящий момент — крутящий момент, создаваемый при нулевой скорости
  2. Крутящий момент — минимальный крутящий момент, создаваемый при разгоне с места до рабочей скорости
  3. Пробойный крутящий момент — максимальный крутящий момент, который двигатель может выдать до остановки

Вернуться к Электрические характеристики двигателя ↑

Ссылка // Базовое обучение работе с продуктами промышленного и коммерческого назначения по LEESON

,

Характеристики асинхронного двигателя (электродвигатель)

1,1

ТРЕХФАЗНЫЕ ИНДУКЦИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Трехфазные асинхронные двигатели различных типов с интегральной мощностью, то есть выше 1 л.с., приводят в действие больше промышленного оборудования, чем любые другие средства. Наиболее распространенные трехфазные (многофазные) асинхронные двигатели подразделяются на следующие основные типы:
NEMA (Национальная ассоциация производителей электрооборудования), конструкция
B: нормальный крутящий момент, нормальное скольжение, нормальный запертый ток, конструкция NEMA A: высокий крутящий момент, низкое скольжение, высокое блокированный ток Исполнение NEMA C: Высокий крутящий момент, нормальное скольжение, нормальный блокированный ток
Исполнение NEMA D: Высокий момент заторможенного ротора, высокое скольжение Ротор с обмоткой: Характеристики зависят от внешнего сопротивления
Многоскоростной: Характеристики зависят от конструкции — переменный крутящий момент, постоянный крутящий момент , постоянная мощность
Существует множество специально разработанных электродвигателей с уникальными характеристиками для удовлетворения конкретных потребностей.Однако большинство потребностей можно удовлетворить с помощью предыдущих двигателей.
1.1.1

Двигатели NEMA Design B

Двигатель NEMA конструкции B является основным встроенным двигателем в лошадиных силах. Это трехфазный двигатель, рассчитанный на нормальный крутящий момент и нормальный пусковой ток, и обычно имеет скольжение при номинальной нагрузке менее 4%. Таким образом, скорость двигателя в оборотах в минуту составляет 96% или более от синхронной скорости двигателя. Например, четырехполюсный двигатель, работающий от сети с частотой 60 Гц, имеет синхронную скорость 1800 об / мин или скорость полной нагрузки
1800 — (1800 x скольжение) — 1800 — (1800 x 0.04) = 1800-72 = 1728 об / мин
или
1800 x 0,96 = 1728 об / мин
Как правило, большинство трехфазных двигателей в диапазоне от 1 до 200 л.с. имеют скольжение при номинальной нагрузке примерно 3% или, у четырехполюсных двигателей частота вращения при полной нагрузке 1745 об / мин. На рис. 1.1 показана типовая конструкция полностью закрытого двигателя NEMA конструкции B с вентиляторным охлаждением и одинарным ротором из литого алюминия.
На рисунке 1.2 показана типичная кривая скорость-крутящий момент для двигателя NEMA конструкции B. Этот тип двигателя имеет умеренный пусковой крутящий момент, тяговый момент, превышающий крутящий момент при полной нагрузке, и крутящий момент пробоя (или максимальный крутящий момент), в несколько раз превышающий крутящий момент при полной нагрузке.Таким образом, он может обеспечить пуск и плавное ускорение для большинства нагрузок и, кроме того, выдерживать временные пиковые нагрузки без остановки. Стандарты производительности NEMA для двигателей конструкции B показаны в таблицах 1.1-1.3.

РИСУНОК 1.1 NEMA, конструкция B, полностью закрытый, многофазный асинхронный двигатель с вентиляторным охлаждением. (С любезного разрешения Magnetek, Сент-Луис, Миссури)
В прошлом не существовало установленных стандартов эффективности или коэффициента мощности для асинхронных двигателей NEMA конструкции B. Однако NEMA установила стандарты для тестирования и маркировки асинхронных двигателей.Недавно NEMA установила стандарты эффективности для энергоэффективных многофазных асинхронных двигателей. Эти стандарты подробно обсуждаются в теме 2.
1.1.2


Двигатели NEMA Design A

Модель NEMA Двигатель представляет собой многофазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, в котором крутящий момент и ток заторможенного ротора превышают соответствующие значения для двигателей NEMA конструкции B. Критерием отнесения к двигателю конструкции A является то, что значение тока заблокированного ротора должно превышать значение для двигателей конструкции B NEMA.Двигатель конструкции A NEMA обычно применяется в специальных приложениях, которые не могут обслуживаться двигателями конструкции B NEMA, и чаще всего для этих применений требуются двигатели с более высоким, чем обычно, крутящим моментом пробоя для удовлетворения требований высоких переходных или кратковременных нагрузок. Двигатель типа NEMA A также применяется для нагрузок, требующих чрезвычайно низкого скольжения, порядка 1% или меньше.

РИСУНОК 1.2 Кривая скорость-крутящий момент двигателя NEMA конструкции B.
1.1.3

Двигатели NEMA Design C

Двигатели NEMA конструкции C представляют собой асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, которые развивают высокий крутящий момент с заторможенным ротором для приложений, которые трудно запускать.На рис. 1.3 показана конструкция каплезащищенного двигателя NEMA конструкции C с ротором из литого под давлением алюминия с двойной клеткой. На Рисунке 1.4 показана типичная кривая крутящего момента двигателя NEMA конструкции C. Эти двигатели имеют скольжение при номинальной нагрузке менее 5%.

ТАБЛИЦА 1.1 Момент заторможенного ротора двигателей NEMA конструкций A и B 8-15

л.с. Синхронная скорость, 60 Гц
3600 об / мин 1800 об / мин 1200 об / мин 900 об / мин
1 275 170 135
1.5 175 250 165 130
2 170 235 160 130
3 160 215 155 130
5 150 185 150 130
7,5 140 175 150 125
10 135 165 150 120
15 130 160 140 125
■ H) 130 150 13 5 125
25 130 150 135 125
30 130 150 135 125
■ 10 125 140 135 125
50 120 110 L35 125
м 120 140 135 125
75 105 140 135 125
100 105 125 125 125
125 100 110 125 120
150 100 110 120 120
200 100 100 L20 120
250 70 80 100 100

a Односкоростные многофазные двигатели с короткозамкнутым ротором средней мощности с постоянным номинальным значением (в процентах от крутящего момента при полной нагрузке).b Для других скоростей и номинальных значений см. Стандарт NEMA MG1-12.38.1. Источник: перепечатано с разрешения публикации стандартов NEMA № MG1-1987 «Двигатели и генераторы», авторское право 1987 г. принадлежит Национальной ассоциации производителей электрооборудования.
Рабочие стандарты NEMA для двигателей NEMA конструкции C показаны в таблицах 1.3–1.5.
1.1.4

Двигатели NEMA Design D

Двигатель D в исполнении NEMA сочетает в себе высокий крутящий момент с заторможенным ротором и высокое скольжение при полной нагрузке. Обычно предлагаются два стандартных исполнения, один
ТАБЛИЦА 1.2 Момент пробоя двигателей NEMA конструкции A и B 8-15

л.с. Синхронный скорость, 60 Гц
3600 об / мин 1800 об / мин 1200 об / мин 900 об / мин
1 300 265 215
1,5 250 280 250 210
2 2 10 270 240 210
:.я 230 250 230 205
5 215 225 215 205
7,5 200 215 205 200
10 200 200 200 200
15 200 200 200 200
20 200 200 200 200
25 200 200 200 200
30 200 200 200 200
40 200 200 200 200
50 200 200 200 200
00 200 200 200 200
75 200 200 200 200
100 200 200 200 200
125 200 200 200 200
150 200 200 200 200
200 200 200 200 200
250 175 175 175 175

a Односкоростные многофазные двигатели с короткозамкнутым ротором средней мощности с постоянным номинальным значением (в процентах от крутящего момента при полной нагрузке).b Для других скоростей и номинальных значений см. Стандарт NEMA MG1-12.39.1. Источник: Перепечатано с разрешения публикации стандартов NEMA № MG1-1987 «Двигатели и генераторы», авторское право 1987 г. принадлежит Национальной ассоциации производителей электрооборудования.
со скольжением при полной нагрузке 5-8%, а другой — со скольжением при полной нагрузке 813%. Крутящий момент заблокированного ротора для обоих типов обычно составляет 275–300% крутящего момента при полной нагрузке; однако в особых случаях крутящий момент заторможенного ротора может быть выше. На рисунке 1.5 показаны типичные кривые скорость-крутящий момент для двигателей NEMA конструкции D.Эти двигатели рекомендуются для работы с циклическими нагрузками, например, в пробивных прессах, имеющих

ТАБЛИЦА 1.3 Ток заторможенного ротора по NEMA, конструкции B, C и D

Моторса, б, в

Заторможенный ротор Дизайн NEMA
л.с. ток A письмо Кодовая буква
1 30 В, Д N
1.5 ■ 10 В, Д M
2 50 В, Д L
3 64 B, C, D К
5 92 B, C, D • I
7,5 127 B, C, D 11
10 162 B, C, D II
].-> 232 B, C, D G
20 290 B, C, D с,
365 B, C, D G
;: ​​o 435 B, C, D G
10 580 B, c, n G
50 725 B, c, n G
60 870 B, C, D G
75 1085 B, C, D G
100 1450 B, C, D G
125 1815 B, C, D G
150 2170 B, C, D G
2i) 0 2900 B, C G
250 3650 B G

a Трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, 60 Гц, средней мощности, рассчитанные на напряжение 230 В.
b Для других номинальных значений мощности см. Стандарт NEMA MG1-12.35.
c Ток заторможенного ротора для двигателей, рассчитанных на напряжение, отличное от 230
В, должен быть обратно пропорционален напряжению.
Источник: перепечатано с разрешения публикации стандартов NEMA № MG1-1987 «Двигатели и генераторы», авторское право 1987 г. принадлежит Национальной ассоциации производителей электрооборудования.

РИСУНОК 1.3 Каплезащищенный многофазный асинхронный двигатель конструкции C NEMA. (С любезного разрешения Magnetek, Сент-Луис, Миссури)
системы накопления энергии в виде маховиков для средней нагрузки двигателя и отлично подходят для кратковременных нагрузок с частыми запусками и остановками.Для правильного применения этого типа двигателя требуется подробная информация об инерции системы, рабочем цикле и рабочей нагрузке, а также о характеристиках двигателя. Имея эту информацию, двигатели выбираются и применяются в зависимости от их тепловой мощности.
1.1.5

Асинхронные двигатели с фазным ротором

Асинхронный двигатель с фазным ротором — это асинхронный двигатель, в котором вторичная (или вращающаяся) обмотка представляет собой изолированную многофазную обмотку, аналогичную обмотке статора.Обмотка ротора обычно заканчивается коллекторными кольцами на роторе, а неподвижные щетки контактируют с каждым коллекторным кольцом, обеспечивая доступ к контуру ротора. Доступен ряд систем для управления вторичным сопротивлением двигателя и, следовательно, его характеристиками. Использование и применение асинхронных двигателей с фазным ротором ограничивалось в основном подъемными механизмами и краном, а также специальным регулятором скорости.

РИСУНОК 1.4 Кривая скорость-крутящий момент двигателя C конструкции NEMA.
заявок. Типичные кривые скорость-крутящий момент двигателя с фазным ротором для различных значений сопротивления в цепи ротора показаны на рис. 1.6. По мере увеличения значения сопротивления характеристика кривой «скорость-крутящий момент» переходит от кривой 1 без внешнего сопротивления к кривой 4 с высоким внешним сопротивлением. При соответствующем оборудовании управления можно изменять характеристики двигателя

ТАБЛИЦА 1.4 Момент заторможенного ротора двигателей NEMA Design C3

л.с. Синхронная скорость, 60 Гц
1800 об / мин 1200 об / мин 900 об / мин
3 250 225
5 250 250 225
7.5 250 225 200
10 250 225 200
15 225 200 200
20-200 200 200 200
включительно

a Односкоростные многофазные двигатели с короткозамкнутым ротором средней мощности с постоянным номинальным значением (в процентах от крутящего момента полной нагрузки), MG1-12.38,2. Источник: Перепечатано с разрешения публикации стандартов NEMA № MG1-1987 «Двигатели и генераторы», авторское право 1987 г. принадлежит Национальной ассоциации производителей электрооборудования.
ТАБЛИЦА 1.5 Момент пробоя двигателя NEMA Design C Motorsa

л.с. Синхронная скорость, 60 Гц
1800 об / мин 1200 об / мин 900 об / мин
225 200
5 200 200 200
7.5-200 190 190 100
включительно

a Односкоростные многофазные двигатели с короткозамкнутым ротором средней мощности с постоянным номинальным значением (в процентах от крутящего момента при полной нагрузке), MG1-12.39.2. Источник: Перепечатано с разрешения публикации стандартов NEMA № MG1-1987 «Двигатели и генераторы», авторское право 1987 г. принадлежит Национальной ассоциации производителей электрооборудования.

РИСУНОК 1.5 Кривые скорости-момента двигателя NEMA конструкции D: скольжение 5-8% и 8-13%.
, изменив это значение внешнего сопротивления ротора. Были разработаны твердотельные инверторные системы, которые при включении в цепь ротора вместо резисторов возвращают потери скольжения двигателя в линию питания. Эта система существенно повышает эффективность двигателя с фазным ротором, используемого в устройствах с регулируемой скоростью.

РИСУНОК 1.6 Кривые скорости вращения двигателя с фазным ротором: 1 — короткое замыкание ротора; 2-4, увеличение значений внешнего сопротивления.
1.1.6

Многоскоростные двигатели

Также доступны двигатели, которые работают с более чем одной скоростью, с характеристиками, аналогичными характеристикам односкоростных двигателей типа NEMA. Многоскоростные асинхронные двигатели обычно имеют одну или две первичные обмотки. В однообмоточных двигателях соотношение двух скоростей должно быть 2: 1; Например, возможные комбинации скоростей: 3600/
, 1800, 1800/900 и 1200/600 об / мин. В двухобмоточных двигателях соотношение скоростей может быть любым в определенных конструктивных пределах, в зависимости от количества пазов обмотки в статоре.Самые популярные комбинации — 1800/1200, 1800/900 и 1800/600 об / мин. Кроме того, двухобмоточные двигатели могут быть намотаны для обеспечения двух скоростей на каждой обмотке; это делает возможным для двигателя

РИСУНОК 1.7 Кривые скорость-крутящий момент для однообмоточного двухскоростного двигателя с переменным крутящим моментом.
работают на четырех скоростях, например, 3600/1800 об / мин на одной обмотке и 1200/600 об / мин на другой обмотке.
Многоскоростные двигатели доступны со следующими характеристиками крутящего момента.
Переменный крутящий момент. Многоскоростной двигатель с регулируемым крутящим моментом имеет выходной крутящий момент, который напрямую зависит от скорости, и, следовательно,

РИСУНОК 1.8 Кривые скорость-крутящий момент для многоскоростного двигателя с переменным крутящим моментом с двумя обмотками, двумя скоростями и четырехполюсным на шесть -полюсное соотношение.
лошадиных сил зависит от скорости в квадрате. Этот двигатель обычно используется с вентиляторами, воздуходувками и центробежными насосами для управления мощностью приводимого устройства. На рисунке 1.7 показаны типичные кривые скорость-крутящий момент для этого типа двигателя.На кривую скорость-крутящий момент двигателя накладывается кривая скорость-крутящий момент для типичного вентилятора, где входная мощность вентилятора изменяется как куб скорости вентилятора. Другой популярный привод для вентиляторов — двухобмоточный

РИСУНОК 1.9 Кривые скорость-крутящий момент для однообмоточного двухскоростного двигателя с постоянным крутящим моментом.
двухскоростной двигатель, например, 1800 об / мин на высокой скорости и 1200 об / мин на низкой скорости. На рисунке 1.8 показана типичная кривая скорости-момента для двухобмоточного двигателя с регулируемым крутящим моментом с наложенной кривой скорости-крутящего момента вентилятора.
Постоянный крутящий момент. Многоскоростной двигатель с постоянным крутящим моментом имеет выходной крутящий момент, который одинаков на всех скоростях, и, следовательно, мощность в лошадиных силах.

РИСУНОК 1.10 Кривые скорость-крутящий момент для однообмоточного двухскоростного двигателя постоянной мощности.
Мощность напрямую зависит от скорости. Этот двигатель может использоваться с фрикционными нагрузками, например, на конвейерах, для управления скоростью конвейера. На рисунке 1.9 показаны типичные кривые скорость-крутящий момент.
Постоянная мощность. Многоскоростной двигатель постоянной мощности имеет одинаковую мощность на всех скоростях.Этот тип двигателя используется в станках, где требуется более высокий крутящий момент при более низких скоростях. На рисунке 1.10 показаны типичные кривые скорость-крутящий момент.

,

Характеристики двигателей постоянного тока через уравнения — EEEbooks4U

Для двигателей постоянного тока имеются три характеристические кривые, приведенные ниже
(i) Крутящий момент в зависимости от тока якоря,
(ii) Скорость в зависимости от тока якоря
(iii) Скорость в зависимости от крутящего момента

Прежде чем перейти к обсуждению этих характеристик, мы сосредоточимся на математических отношениях между различными электрическими величинами, такими как крутящий момент, скорость, ток якоря и т. Д.

Для постоянного тока В двигателе крутящий момент прямо пропорционален произведению Якоря и M на поток .

Теперь — поток, создаваемый обмоткой возбуждения, пропорционален току, проходящему через обмотку возбуждения.

Аналогично, обратная ЭДС, производимая в якоре, равна

.

Уравнение скорости принимает следующий вид:

Эти отношения играют важную роль в понимании различных характеристик различных типов двигателей.

Производительность постоянного тока. о моторе в различных условиях можно судить по следующим характеристикам:

(я). Крутящий момент — Токовые характеристики якоря

(ii). Скорость — токовые характеристики якоря

(iii). Скорость-крутящий момент

Крутящий момент — токовые характеристики якоря

Для постоянных значений и напряжения питания также является постоянным и, следовательно, постоянным потоком.

Уравнение представляет собой прямую , проходящую через начало координат, как показано на рисунке. Крутящий момент увеличивается линейно с током якоря . Видно, что ток якоря определяется нагрузкой, поэтому по мере увеличения нагрузки >> ток якоря увеличивается >> линейно увеличивается крутящий момент.

Для создания высокого пускового момента , этот тип двигателя требует большого значения тока якоря при запуске. Это может повредить двигатель, следовательно, постоянный ток. параллельные двигатели могут развивать умеренный пусковой момент и, следовательно, подходят для таких приложений, где требования к пусковому моменту умеренные.

Скорость — ток якоря Характеристики

Константа

Так как нагрузка увеличивается >> Ток якоря увеличивается, а значит, и падение напряжения.

Следовательно, при постоянном напряжении питания уменьшается и, следовательно, уменьшается скорость. Но, поскольку это очень мало, для перехода от холостого хода к полной нагрузке падение очень мало, и, следовательно, падение скорости также не существенно от холостого хода до полной нагрузки.

В д.с. параллельный двигатель >> Регулировка скорости составляет порядка 5-10% от холостого хода до полной нагрузки >> Вот почему постоянный ток Шунтирующий двигатель также называется двигателем с постоянным приводом .

Частота вращения — Характеристики крутящего момента

Константа

Итак, из этих двух уравнений мы можем заключить, что скорость и крутящий момент имеют линейную зависимость . Эта характеристика аналогична скорости — Токовая характеристика якоря .

Эта кривая показывает, что скорость почти остается постоянной при изменении крутящего момента от холостого хода до состояния полной нагрузки.

Крутящий момент — ток якоря Характеристики

В случае последовательного двигателя обмотка возбуждения несет весь ток якоря. Таким образом, создаваемый поток пропорционален току якоря.

Крутящий момент в случае последовательного двигателя равен , пропорционален квадрату тока якоря .Это отношение является параболическим по природе , как показано на рисунке.

По мере увеличения нагрузки ток якоря увеличивается, а создаваемый крутящий момент увеличивается пропорционально квадрату тока якоря до определенного предела.

Поскольку весь ток якоря проходит через последовательное поле, может возникнуть свойство электромагнита, называемое насыщение . Насыщение означает, что хотя ток через обмотку увеличивается, создаваемый поток остается постоянным. .Следовательно, после насыщения характеристики принимают форму прямой, поскольку поток становится постоянным.

Эти типы двигателей могут создавать высокий крутящий момент для — небольшую величину тока якоря , следовательно, серийный двигатель подходит для приложений, требующих высокого пускового момента.

Скорость — ток якоря Характеристики

Из уравнения скорости получаем

Теперь значения и настолько малы, что влияние изменения на скорость перевешивает влияние изменения на скорость.

Следовательно, в уравнении скорости E b ≈ V и может считаться постоянным. Таким образом, уравнение скорости сокращается:

Итак, скорость — токовая характеристика якоря представляет собой прямоугольную гиперболу, как показано на рисунке.

Скорость — крутящий момент

В случае серийных двигателей

Следовательно, мы можем написать,

Таким образом, по мере увеличения крутящего момента при увеличении нагрузки скорость уменьшается. На холостом ходу крутящий момент очень меньше, и, следовательно, скорость увеличивается до опасно высокого значения.

Таким образом, характер скоростных характеристик аналогичен характеру скоростных характеристик якоря.

Почему серийный двигатель никогда не запускается без нагрузки?

Ранее было видно, что ток якоря двигателя зависит от нагрузки. При небольшой нагрузке или без нагрузки якорь, тянущийся двигателем, очень мал.

В случае двигателя постоянного тока

, и на холостом ходу ток якоря невелик, следовательно, создаваемый магнитный поток также очень мал.

Согласно уравнению скорости,

Почти постоянный

Таким образом, при очень малой нагрузке или без нагрузки, поскольку магнитный поток очень мал , двигатель пытается работать с опасно высокой скоростью , что может привести к механическому повреждению двигателя. Это видно по характеристикам «скорость — ток якоря» и «скорость-момент», согласно которым двигатель при низком токе якоря и низком крутящем моменте имеет тенденцию вращаться с опасно высокой скоростью.

По этой причине он не выбирается для ременных приводов, поскольку обрыв или проскальзывание ремня приводит к сбросу всей нагрузки на двигатель и заставляет двигатель работать без нагрузки, что опасно.

Практически чистый постоянный ток серийные двигатели не используются, вместо них используется составной двигатель.

Характеристики комбинированного двигателя в основном зависят от того, является ли двигатель комбинированным или дифференциальным. Все характеристики составного двигателя являются комбинацией шунтирующих и последовательных характеристик.

Накопительный составной двигатель способен развивать большой крутящий момент на низкой скорости, как и серийный двигатель. Однако не имеет недостатков в серийном двигателе даже при небольшой нагрузке или без нее.

Таким образом, совокупный составной двигатель может работать с разумной скоростью и не будет работать с опасно высокой скоростью, как последовательный двигатель, при малой нагрузке или без нагрузки.

В дифференциальном составном двигателе, поскольку два магнитных потока противостоят друг другу, результирующий магнитный поток уменьшается с увеличением нагрузки, таким образом, машина работает на более высокой скорости с увеличением нагрузки. Это свойство опасно, так как при полной нагрузке двигатель может попытаться работать с опасно высокой скоростью. Таким образом, дифференциальный составной двигатель на практике обычно не используется.

Точная форма этих характеристик зависит от относительного вклада последовательных и шунтирующих обмоток возбуждения. Если шунтирующая обмотка возбуждения является более доминирующей, то характеристики принимают форму характеристик шунтирующего двигателя. В то время как, если последовательная обмотка возбуждения является более доминирующей, то характеристики принимают форму характеристик последовательной цепи.

Нравится:

Нравится Загрузка …

Связанные

.Электродвигатели постоянного тока

— Основы, типы и применение электродвигателей постоянного тока

Практически каждое механическое усовершенствование, которое мы видим вокруг себя, достигается с помощью электродвигателя. Электрические машины — это способ преобразования энергии. Двигатели потребляют электрическую энергию и производят механическую энергию. Электродвигатели используются для питания сотен устройств, которые мы используем в повседневной жизни.

Электродвигатели в целом подразделяются на две разные категории: двигатели постоянного тока (DC) и двигатели переменного тока (AC).В этой статье мы собираемся обсудить двигатель постоянного тока и его работу. А также как работают редукторные двигатели постоянного тока.

Двигатель постоянного тока — это электродвигатель, работающий от постоянного тока. В электродвигателе работа зависит от простого электромагнетизма. Проводник с током создает магнитное поле, и когда он помещается во внешнее магнитное поле, он сталкивается с силой, пропорциональной току в проводнике и силе внешнего магнитного поля.Это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. Он работает на том факте, что проводник с током, помещенный в магнитное поле, испытывает силу, которая заставляет его вращаться относительно исходного положения.

Практичный двигатель постоянного тока состоит из обмоток возбуждения, обеспечивающих магнитный поток, и якоря, который действует как проводник.

Brushless DC Motors Work Brushless DC Motors Work Работа бесщеточных двигателей постоянного тока

На вход бесщеточного двигателя постоянного тока подается ток / напряжение, а на выходе — крутящий момент. Понять работу двигателя постоянного тока очень просто из базовой схемы, показанной ниже.Двигатель постоянного тока в основном состоит из двух основных частей. Вращающаяся часть называется ротором, а неподвижная часть также называется статором. Ротор вращается относительно статора.

DC MOTOR DC MOTOR ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Ротор состоит из обмоток, причем обмотки электрически связаны с коммутатором. Геометрия щеток, контактов коммутатора и обмоток ротора такова, что при подаче питания полярности обмотки под напряжением и магнитов статора смещены, и ротор будет вращаться до тех пор, пока он почти не будет выпрямлен полевыми магнитами статора.

PCBWay PCBWay

Когда ротор достигает выравнивания, щетки перемещаются к следующим контактам коммутатора и включают следующую обмотку. Вращение меняет направление тока через обмотку ротора, вызывая переворот магнитного поля ротора, заставляя его продолжать вращаться.

DC MOTOR 2 DC MOTOR 2

Преимущества двигателя постоянного тока:

  1. Обеспечивают превосходное управление скоростью для ускорения и замедления
  2. Простая для понимания конструкция
  3. Простая и дешевая конструкция привода

Подключение двигателя постоянного тока к микроконтроллеру

Микроконтроллеры не могут управлять двигатели напрямую.Итак, нам нужен какой-то драйвер для управления скоростью и направлением двигателей. Драйверы двигателей будут действовать как устройства взаимодействия между микроконтроллерами и двигателями. Драйверы двигателей будут действовать как усилители тока, поскольку они принимают управляющий сигнал низкого тока и выдают сигнал высокого тока. Этот сильноточный сигнал используется для привода двигателей. Использование микросхемы L293D — простой способ управления двигателем с помощью микроконтроллера. Он содержит внутри две схемы драйвера H-моста.

Эта микросхема предназначена для управления двумя моторами.L293D имеет два набора устройств, где 1 набор имеет вход 1, вход 2, выход 1, выход 2 с контактом включения, а другой набор имеет вход 3, вход 4, выход 3, выход 4 с другим контактом разрешения.

Вот видео, относящееся к L293D

Вот пример двигателя постоянного тока, который сопряжен с микроконтроллером L293D. DC motor interfaced with L293D microcontroller DC motor interfaced with L293D microcontroller Двигатель постоянного тока, соединенный с микроконтроллером L293D

L293D имеет два набора устройств, в которых один набор имеет вход 1, вход 2, выход 1 и выход 2, а другой набор имеет вход 3, вход 4, выход 3 и выход 4, как указано выше диаграмма,

  • Если на выводах № 2 и 7 высокий уровень, то на выводах № 3 и 6 также высокий уровень.Если разрешение 1 и штифт 2 высокие, а штифт 7 низкий, то двигатель вращается в прямом направлении.
  • Если разблокировка 1 и штифт 7 высокие, а штифт 2 низкий, то двигатель вращается в обратном направлении.

Сегодня двигатели постоянного тока все еще используются во многих областях, таких как игрушки и дисководы, или в больших размерах для работы сталепрокатных станов и бумагоделательных машин.

Уравнения двигателя постоянного тока

Величина испытываемого магнитного потока составляет

F = BlI

Где, B- Плотность магнитного потока, создаваемого обмотками возбуждения

l- Активная длина проводника

I-Ток, проходящий через проводник

При вращении проводника индуцируется ЭДС, действующая в направлении, противоположном подаваемому напряжению.Он задается как

formula formula

Где, Ø- Fluz из-за обмоток возбуждения

P- Число полюсов

Постоянная AA

N — Скорость двигателя

Z- Количество проводников

Питание напряжение, V = E b + I a R a

Развиваемый крутящий момент равен

formula1 formula1

Таким образом, крутящий момент прямо пропорционален току якоря.

Кроме того, скорость зависит от тока якоря, следовательно, крутящий момент и скорость двигателя косвенно зависят друг от друга.

Для параллельного двигателя постоянного тока скорость остается почти постоянной, даже если крутящий момент увеличивается от холостого хода до полной нагрузки.

Для двигателя постоянного тока скорость уменьшается по мере увеличения крутящего момента от холостого хода до полной нагрузки.

Таким образом, крутящим моментом можно управлять, изменяя скорость. Управление скоростью достигается либо

  • Изменение магнитного потока путем управления током через обмотку возбуждения — метод управления потоком. С помощью этого метода скорость регулируется выше номинальной.
  • Контроль напряжения якоря — Обеспечивает контроль скорости ниже нормальной.
  • Контроль напряжения питания — Обеспечивает контроль скорости в обоих направлениях.

Работа двигателя постоянного тока в 4 квадрантах

Как правило, двигатель может работать в 4 различных регионах:

  • Как двигатель в прямом или по часовой стрелке.
  • Как генератор в прямом направлении.
  • В качестве двигателя в обратном или против часовой стрелки.
  • Как генератор в обратном направлении.
4 Quadrant Operation of DC Motor 4 Quadrant Operation of DC Motor 4-х квадрантная работа двигателя постоянного тока

В первом квадранте двигатель перемещает нагрузку со скоростью и крутящим моментом в положительном направлении.

Во втором квадранте направление крутящего момента меняется на противоположное, и двигатель действует как генератор

В третьем квадранте двигатель перемещает нагрузку со скоростью и крутящим моментом в отрицательном направлении.

В квадранте 4 -го двигатель работает как генератор в реверсивном режиме.

В первом и третьем квадранте двигатель работает как в прямом, так и в обратном направлении. Например, двигатели в кранах, чтобы поднимать груз, а также опускать его.

Во втором и четвертом квадранте двигатель действует как генератор в прямом и обратном направлениях соответственно и возвращает энергию источнику питания.Таким образом, способ управления работой двигателя, чтобы заставить его работать в любом из 4-х квадрантов, заключается в управлении его скоростью и направлением вращения. Скорость регулируется либо изменением напряжения якоря, либо ослаблением поля. Направление крутящего момента или направление вращения регулируется путем изменения степени, в которой приложенное напряжение больше или меньше обратной ЭДС.

Приложение для управления работой двигателя постоянного тока в 4-х квадрантах

4 Quadrant Control 4 Quadrant Control 4-х квадрантное управление

Управление работой двигателя постоянного тока в 4-х квадрантах может быть достигнуто с помощью микроконтроллера, сопряженного с 7 переключателями.

Случай 1: Когда пуск и нажат переключатель по часовой стрелке, логика микроконтроллера выдает на выходе низкий логический уровень на вывод 7 и высокий логический уровень на контакт 2, заставляя двигатель вращаться по часовой стрелке и работать в квадранте 1 st . Скорость двигателя можно изменять, нажимая переключатель PWM, вызывая приложение импульсов различной длительности к разрешающему выводу микросхемы драйвера, таким образом изменяя приложенное напряжение.

Случай 2: При нажатии переднего тормоза логика микроконтроллера применяет низкий логический уровень к выводу 7 и высокий логический уровень к выводу 2, и двигатель стремится работать в обратном направлении, вызывая его мгновенную остановку.

Аналогичным образом нажатие переключателя против часовой стрелки заставляет двигатель двигаться в обратном направлении, то есть работать в квадранте 3 rd , а нажатие переключателя тормоза заднего хода приводит к мгновенной остановке двигателя.

Таким образом, правильным программированием микроконтроллера и переключателями можно управлять работой двигателя в каждом направлении.

Типы двигателей постоянного тока

Редукторные двигатели постоянного тока:

Редукторные двигатели имеют тенденцию снижать скорость двигателя, но с соответствующим увеличением крутящего момента.Это свойство очень удобно, поскольку двигатели постоянного тока могут вращаться со скоростью, слишком высокой для электронного устройства. Мотор-редукторы обычно состоят из щеточного двигателя постоянного тока и редуктора, прикрепленного к валу. Двигатели различаются как приводные от двух соединенных между собой агрегатов. Он имеет множество применений из-за затрат на проектирование, упрощает создание приложений, таких как промышленное оборудование, приводы, медицинские инструменты и робототехника.

  • Ни один хороший робот не может быть построен без шестеренок.Учитывая все обстоятельства, очень важно хорошее понимание того, как шестерни влияют на такие параметры, как крутящий момент и скорость.
  • Шестерни работают по принципу механического преимущества. Это означает, что, используя разные диаметры шестерен, мы можем менять скорость вращения и крутящий момент. Роботы не имеют желаемого отношения скорости к крутящему моменту.
  • В робототехнике крутящий момент лучше скорости. С шестеренками можно менять высокую скорость на лучший крутящий момент. Увеличение крутящего момента обратно пропорционально снижению скорости.
Geared DC Motors Geared DC Motors Редукторные двигатели постоянного тока

Снижение скорости редукторного двигателя постоянного тока:

Speed Reduction in geared DC Motor Speed Reduction in geared DC Motor Снижение скорости редукторного двигателя постоянного тока

Снижение скорости в редукторах состоит из маленькой шестерни, приводящей в движение большую шестерню. В редукторе может быть несколько комплектов этих редукторов. Иногда целью использования редукторного двигателя является уменьшение скорости вращения вала двигателя в приводимом устройстве, например, в небольших электрических часах, где крошечный синхронный двигатель может вращаться со скоростью 1200 об / мин, однако его значение снижается до одного об / мин для привода. секундная стрелка и дополнительно уменьшенная в часовом механизме для управления минутной и часовой стрелками.Здесь величина движущей силы не имеет значения, пока ее достаточно для преодоления фрикционных ударов часового механизма.

Двигатель постоянного тока серии : Двигатель серии

представляет собой двигатель постоянного тока, в котором обмотка возбуждения внутри последовательно соединена с обмоткой якоря. Серийный двигатель обеспечивает высокий пусковой момент, но никогда не должен работать без нагрузки и способен перемещать очень большие нагрузки на валу при первом включении. Серийные двигатели также известны как двигатели с последовательной обмоткой.

В последовательных двигателях обмотки возбуждения последовательно соединены с якорем. Напряженность поля изменяется с увеличением тока якоря. Когда его скорость снижается из-за нагрузки, серийный двигатель развивает более высокий крутящий момент. Его пусковой момент больше, чем у других двигателей постоянного тока. Он также может легче излучать тепло, накопленное в обмотке, из-за большого количества протекающего тока. Его скорость значительно меняется между полной и нулевой нагрузкой. Когда нагрузка снимается, скорость двигателя увеличивается, а ток через якорь и катушки возбуждения уменьшается.Работа больших машин без нагрузки опасна.

Series Motor Двигатель серии Series Motor

Ток через якорь и катушки возбуждения уменьшается, сила силовых линий вокруг них ослабевает. Если бы сила магнитных линий вокруг катушек уменьшалась с той же скоростью, что и ток, протекающий через них, то и те, и другие уменьшались бы с той же скоростью, с которой увеличивается скорость двигателя.

Преимущества серийных двигателей:

  • Огромный пусковой крутящий момент
  • Простая конструкция
  • Простое проектирование
  • Простое техническое обслуживание
  • Экономически выгодно

Применения серийных двигателей:

Двигатели серии

могут производить огромную мощность вращения, крутящий момент из состояния холостого хода.Эта характеристика делает серийные двигатели подходящими для небольших электроприборов, универсального электрического оборудования и т.д. Причина в том, что скорость серийных двигателей сильно меняется в зависимости от нагрузки.

Шунтирующий двигатель :

Шунтирующий двигатель — это шунтирующий двигатель постоянного тока, в котором обмотки возбуждения шунтированы или подключены параллельно обмотке якоря двигателя. Шунтирующий двигатель постоянного тока обычно используется из-за его наилучшего регулирования скорости.Также, следовательно, как обмотка якоря, так и обмотки возбуждения находятся под одним и тем же напряжением питания, однако существуют дискретные ветви для потока тока якоря и тока возбуждения.

Параллельный двигатель имеет несколько отличительных рабочих характеристик от серийного двигателя. Поскольку катушка шунтирующего поля сделана из тонкой проволоки, она не может производить большой ток для запуска, как последовательное поле. Это означает, что параллельный двигатель имеет чрезвычайно низкий пусковой крутящий момент, что требует, чтобы нагрузка на вал была довольно небольшой.

Shunt Motor Shunt Motor Шунтирующий двигатель

Когда на шунтирующий двигатель подается напряжение, через шунтирующую катушку протекает очень слабый ток. Якорь шунтирующего двигателя аналогичен серийному двигателю, и он потребляет ток для создания сильного магнитного поля. Из-за взаимодействия магнитного поля вокруг якоря и поля, создаваемого вокруг шунтирующего поля, двигатель начинает вращаться. Как и в серийном двигателе, когда якорь начинает вращаться, он производит обратную ЭДС. Обратная ЭДС приведет к тому, что ток в якоре начнет уменьшаться до очень небольшого уровня.Величина тока, потребляемого якорем, напрямую зависит от размера нагрузки, когда двигатель достигает полной скорости. Поскольку нагрузка обычно мала, ток якоря будет небольшим.

Преимущества параллельного двигателя:

  • Простое управление, обеспечивающее высокий уровень гибкости для решения сложных проблем привода
  • Высокая доступность, поэтому требуются минимальные усилия по обслуживанию
  • Высокий уровень электромагнитной совместимости
  • Очень плавная работа, поэтому низкое механическое напряжение всей системы и высокие динамические процессы управления.
  • Широкий диапазон регулирования и низкие скорости, поэтому универсальное применение.

Применения параллельного двигателя:

Параллельные двигатели постоянного тока очень подходят для приложений с ременным приводом.Этот двигатель постоянной скорости используется в промышленных и автомобильных приложениях, таких как станки и намоточные / разматывающие машины, где требуется высокая точность крутящего момента.

Фото:

.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о