Схема мотора: Принцип работы и устройство двигателя – Устройство современного двигателя внутреннего сгорания

  • 16.12.2020

Содержание

Схемы двигателей | Мото вики

    Одноцилиндровые двигателиПравить

    Типичный одноцилиндровый двухтактный двигатель

    Типичный четырехтактный одноцилиндровый двигатель

    Простейшей схемой двигателя служит одноцилиндровая схема. Ее основными достоинствами являются простота и небольшие габариты. Это означает, что себестоимость и трудоемкость изготовления такого двигателя невелики, и он проще в обслуживании и ремонте. Поэтому одноцилиндровый двигатель идеально подходит для мопедов, скутеров и небольших внедорожных мотоциклов.

    Однако он обладает множеством недостатков с точки зрения характеристик двигателя. Поскольку воспламенение смеси в одноцилиндровом четырехтактном двигателе происходит один раз за каждые 720 градусов поворота коленчатого вала, для поддержания вращения двигателя до его следующего рабочего хода необходимы большие маховики.

    Для того чтобы избежать чрезмерного увеличения веса, маховики должны обладать большим диаметром и небольшой толщиной. Приходится максимально облегчать поршень, также необходим длинный шатун, и в итоге получается двигатель, называемый длинноходным. Характеристики такого двигателя хороши до определенного момента: он экономичен, обладает хорошей кривой мощности и характеристики момента таковы, что он может относительно легко обеспечивать динамичный разгон с низких частот вращения двигателя. Для использования великолепной характеристики мощности передаточные числа коробки передач могут быть «растянуты», за счет этого управление машиной становится не столь напряженным. Действительно, влияние вибрации двигателя до определенной степени субъективно и, как правило, довольно высокие уровни низкочастотных колебаний предпочтительнее менее интенсивного, но более раздражающего «дребезжания».

    Однако если попытаться заставить такой двигатель работать при больших частотах вращения, его недостатки станут очевидными. Наличие массивных маховиков означает большое количество накопленной энергии или инерции, и ускорение, по сегодняшним меркам, будет ограничиваться медленным набором скорости. Маленький диаметр цилиндра и большой ход поршня означают высокие скорости линейного перемещения поршня, а следовательно, высокий уровень износа этих узлов. При попытке уменьшить ход поршня сглаживающий эффект больших маховиков теряется, а неуравновешенные силы увеличиваются. Это плохо сказывается на комфортабельности мотоцикла — покладистый одноцилиндровый двигатель превращает его в «дрель, передвигающуюся по дороге».

    Другая проблема двигателей большого объема связана с затруднением запуска, даже если для этого применяется электрический стартер. Но, поскольку большинство одноцилиндровых двигателей большого объема используются для соревнований в условиях бездорожья и не оснащаются электрическим запуском, то каждый раз коленчатый вал приходится устанавливать в положение, когда он чуть не доходит до ВМТ на такте сжатия, затем давать ему здоровенный пинок, чтобы заставить его вращаться. Кроме того, есть проблема отдачи, которая проявляется, когда коленчатый вал установлен неправильно или когда на кик-стартер нажали недостаточно сильно. При этом усилия для того, чтобы поршень миновал такт сжатия, недостаточно, и он резко отскакивает назад из-за воздействия компрессии. При этом рычаг кик-стартера отпрыгивает назад и перекидывает вас через руль или ломает вам ногу. Некоторые одноцилиндровые двигатели оснащаются декомпрессором, предназначенным для облегчения запуска и уменьшения отдачи. Компания Honda разработала систему, в которой при нажатии на кик- стартер небольшой кулачок воздействует на выпускной клапан с целью немного приоткрыть его в ВМТ на такте сжатия. Это снижает усилие, необходимое для прокручивания коленчатого вала двигателя. Второй кулачок начинает работать, когда происходит отдача, также слегка приоткрывая выпускной клапан и снижая силу отдачи.

    Двухцилиндровые двигателиПравить

    Четырехтактный рядный двухцилиндровый двигатель с чередованием вспышек через 360 градусовПравить

    Четырехтактный рядный двухцилиндровый двигатель с чередованием вспышек через 360 градусов

    Исторически рядный двухцилиндровый двигатель был удивительно похож на одноцилиндровый. измененный соответствующим образом для того, чтобы вместить два цилиндра, поршня и шатуна.

    Стоит отметить, что в традиционном английском двухцилиндровом четырехтактном двигателе поршни перемещаются вверх и вниз одновременно, но вспышки в цилиндрах чередуются через один оборот двигателя (или с интервалом в 360 градусов). Поэтому он получил название двухцилиндрового рядного двигателя с чередованием вспышек через 360 градусов.

    На первый взгляд может показаться, что выбор такого коленчатого вала нерационален, поскольку проблемы, которые появлялись при уравновешивании одноцилиндровых двигателей, остались, хотя в некоторых отношениях конструкция двигателя улучшилась. Вес коленчатого вала увеличился, потому что вал расширился, чтобы разместить дополнительный палец кривошипа и шатун. Это изменение носит противоречивый характер, так как диаметр вала уменьшился. Неуравновешенные силы можно несколько уменьшить за счет установки поршней достаточно большого диаметра и уменьшения их хода. При этом мы не устраняем неуравновешенность, но все-таки она снижается. Гораздо значительнее то, что традиционный «толчок» рабочего хода одно-цилиндрового двигателя сглаживается при наличии двух меньших импульсов мощности, равномерно распределенных в пределах двух оборотов коленвала двигателя.

    Двухцилиндровый рядный двигатель с углом чередования вспышек через 360 градусов не был лишен недостатков, но обладал множеством преимуществ в отношении увеличения мощности по сравнению с одноцилиндровым. Главное преимущество скорее связано с конструктивными ограничениями одноцилиндровых двигателей, а не с самой задачей уравновешивания.

    Четырехтактный рядный двухцилиндровый двигатель с чередованием вспышек через 180 градусовПравить

    Четырехтактный рядный двухцилиндровый двигатель с чередованием вспышек через 180 градусов

    Альтернативой рядному двухцилиндровому двигателю с коленчатым валом, обеспечивающим чередование вспышек через 360 градусов, может служить двигатель, пальцы кривошипа которого выполнены раздельно и располагаются через 180 градусов. При такой схеме неуравновешенные силы первого порядка сводятся к минимуму. На первый взгляд, такой двигатель намного лучше, чем тот, у которого вспышки чередуются через 360 градусов, и на современных конструкциях используется именно такая схема.

    Один недостаток такого коленчатого вала в том, что в пределах двух оборотов рабочие хода следуют неравномерно, а другой в том, что он образуют так называемую «качающуюся пару». Этот эффект со странным названием проявляется на двигателях всевозможных конструкций, число цилиндров которых превышает один, за исключением V-образного двухцилиндрового двигателя.

    Представьте воздействие на коленчатый вал в момент вспышки в одном из цилиндров: по мере движения поршня вниз давление на эту сторону коленчатого вала возрастает, и у него появляется стремление «накрениться» на одну из сторон. Когда воспламенение происходит во втором цилиндре, воздействие на коленчатый вал повторяется, «накреняя» его на другую сторону. Единственный способ, позволяющий избежать этого, заключается в том. чтобы расположить оба кривошипных пальца в одной и той же плоскости, но в рядном двухцилиндровом двигателе это физически невозможно.

    Если сравнить две этих схемы, можно обнаружить, что чередование вспышек как через 360 градусов, так и через 180 имеет свои собственные преимущества и недостатки, исходя из чего невозможно сказать, какая из схем лучше. Чтобы еще больше облегчить задачу уравновешивания, необходимо большее количество цилиндров.

    Двухтактный рядный двухцилиндровый двигательПравить

    Почти все двигатели, работающие по двухтактному циклу, работают по одной и той же схеме, в которой используется коленчатый вал с расположением шатунных шеек под углом 180 градусов.

    У таких двигателей по сравнению с четырехтактными аналогичной схемы меньше недостатков. Это связано с тем, что вспышка в каждом цилиндре происходит после одного целого оборота коленчатого вала, и, следовательно, в данном случае отсутствует неравномерность вспышек, обнаруженная в четырехтактном двигателе. Однако неприятный эффект «качающейся пары» все еще велик, и при более высоких частотах вращения, обычно присущих двухтактным двигателям, неуравновешенные силы могут проявиться в виде довольно навязчивого уровня вибраций. Эта проблема осложняется тем, что двухцилиндровым двухтактным двигателям необходимы отдельные кривошипные камеры, что означает наличие центрального коренного подшипника и сальников. В итоге коленчатый вал получается шире, чем на аналогичном четырехтактном двигателе. Таким образом, с учетом увеличившегося плеча полученный на шатунных шейках эффект «качающейся пары» возрастает.

    Четырехтактный V-образный двухцилиндровый двигательПравить

    Четырехтактный V-образный двухцилиндровый двигатель

    Схемы автомобильных двигателей

    Рядные..

    ДВИГАТЕЛИ, у которых цилиндры расположены друг за другом в одной плоскости, обозначаются литерой “R”.

    Рядные моторы – самые простые и недорогие, поскольку по сравнению с другими схемами состоят из минимального количества деталей. Неудивительно, что на заре автомобилизма подавляющее большинство машин оснащалось именно такими двигателями. Причем некоторые фирмы (например, “Voisin”) строили опытные образцы 12-цилиндровых монстров!

    Но сегодня делать большой моторный отсек – непозволительная роскошь, ведь при этом останется мало места на пассажирский салон. Тем более что большинство современных моделей – переднеприводные. Мотор у них обычно расположен поперечно, то есть громоздкие рядные “восьмерки” и иные многоцилиндровые агрегаты разместить под капотом практически невозможно. Кроме того, длинный коленвал очень непросто сделать прочным. Он может не выдержать огромных нагрузок, свойственных нынешним высокофорсированным двигателям. Конечно, дорогостоящие материалы и технологии позволяют решить проблему, но это неизбежно увеличит стоимость производства.

    Однако рядные моторы с четным количеством цилиндров достаточно неплохо уравновешены. Конечно, в любом двигателе движущиеся детали создают множество паразитных сил и моментов, порождающих вибрации и шум. Но в данном случае дополнительных мер для их снижения конструкторам применять не надо.

    В частности, рядная “шестерка” изначально полностью сбалансирована, поэтому ее до сих пор применяют на некоторых дорогих и престижных машина х вроде моделей BMW. Но баварские автомобили заднеприводные, и инженеры могли поставить мотор продольно, избежав проблем с его размещением.

    А вот компания “Volvo” на модели “S80” умудрилась установить такой двигатель поперек (!) моторного отсека (ранее это удалось лишь в 70-х годах прошлого века англичанам из фирмы “Austin”). Но заодно шведам пришлось потратиться и на разработку сверхкомпактной коробки передач…

    Четырехцилиндровые рядные моторы уступают “шестеркам” по сбалансированности, зато они намного компактнее. Поэтому “четверки” сегодня являются самыми популярными двигателями из разряда “до 2,5 л рабочего объема”. (Правда, у некоторых четырехцилиндровых дизелей объем превышает 3 л.) Они повсеместно применяются на моделях компактного и “семейного” классов, а также на недорогих спортивных автомобилях и внедорожниках.

    Уравновешенность моторов с нечетным количеством цилиндров оставляет желать лучшего, поэтому они встречаются достаточно редко. Например, на некоторых малолитражка х вроде “Chevrolet Spark” используются трехцилиндровые двигатели. Рядные “пятерки” популярнее. Они присутствуют в гамме таких производителей, как “General Motors”, “Volvo”, “Ford”…

     

     

    V-образные..

    ЭТО ОБОЗНАЧЕНИЕ родилось благодаря расположению цилиндров в двух плоскостях, как бы образующих собой латинскую букву “V” (по сути, это два рядных двигателя с общим коленвалом). Угол между ними называется “углом развала”. Обычно он составляет 60° или 90°. Первая величина оптимальна для V6. А прямой угол – идеальный вариант для V8.

    По сравнению с рядными V-образные моторы почти в два раза короче (при одинаковом количестве цилиндров), чуть ниже, но несколько шире. В целом последние компактнее, поэтому большинство современных многоцилиндровых двигателей построено по такой компоновке.

    Но “V-образники” сложнее и дороже – ведь два ряда цилиндров означают удвоение количества головок блока, распредвалов, ремней или цепей, коллекторов и прочих деталей. Кроме того, такие двигатели страдают повышенной вибронагруженностью. Особенно этим грешит популярный V6, ведь каждая его “половинка” – трясучая “трешка”. А известная в 60-70-х года х прошлого века по отечественному “Запорожцу” и некоторым моделям “Ford” и “Saab” конфигурация V4 вообще исчезла из-под капотов автомобилей именно по причине своей неуравновешенности…

    Чтобы уменьшить влияние врожденных недостатков, конструкторам приходится применять различные технические ухищрения вроде балансирных валов или специальных подушек крепления двигателя, что еще больше усложняет автомобиль и делает его дороже.

     

     

    Оппозитные..

    ЭТО V-ОБРАЗНЫЕ двигатели с углом развала 180°. Цилиндры в таких мотора х лежат в одной плоскости параллельно земле, но расположены напротив друг друга. Такую компоновку принято обозначать литерой “B” (“Boxer”).

    Плоский двигатель обладает всеми преимуществами V-образного собрата, но при этом неплохо уравновешен и помогает значительно понизить центр тяжести машины, улучшая тем самым ее управляемость и устойчивость.

    Однако “Вoxer” трудоемок и дорог как в изготовлении, так и в обслуживании. Кроме того, он занимает много места по ширине, ограничивает размер колесных арок и соответственно уменьшает угол поворота управляемых колес. Причем на некоторых моделях моторный отсек настолько плотно “упакован”, что для замены свечей зажигания необходимо частично разбирать двигатель или снимать его с подушек крепления.

    Поэтому, несмотря на то, что первые “оппозиты” появились практически одновременно с рождением самого автомобиля, сегодня их применяют только две фирмы: “Porsche” и “Subaru”.

    Причем в наше время “боксеры” обычно не делают с количеством цилиндров больше шести. Раньше встречались и 12-цилиндровые “оппозиты”, а фирма “Porsche” экспериментировала с мотором “B16”, но так и не решилась применить его даже на гоночных моделях.

     

     

    “VR”…

    ПИОНЕРОМ этой компоновки стала компания “Lancia”, в 20-60-х годах прошлого столетия выпускавшая семейство V-образных четырех- и шестицилиндровых двигателей с очень маленьким углом развала: 10°-20°.

    Такие моторы компактнее обычных рядных, но проще и дешевле V-образных, так как имеют только одну головку блока. Однако из-за чрезмерной вибронагруженности подобная схема не получила широкого распространения.

    Лишь шестнадцать лет назад концерн “Volkswagen” возродил эту компоновку. Семейство двигателей с углом развала 10,6°-15° фольксвагеновцы назвали “VR” (то есть V-образно-рядные), и с тех пор это обозначение в автомобилестроении стало официальным.

    “Volkswagen” был необходим компактный шестицилиндровый мотор для установки на переднеприводные модели VW, “Audi” и “Seat” (традиционный “V6” оказался для них очень широким). Поэтому инженерам пришлось серьезно поработать над уравновешиванием строптивого двигателя (сказалось асимметричное расположение его цилиндров). Зато этот опыт пригодился в 1997 году, когда понадобилось сбалансировать еще более вибронагруженный “VR5”.

     

     

    W-образные…

    В ОТЛИЧИЕ от предыдущей компоновки эта схема полностью обязана своим появлением концерну “Volkswagen” (прежде она встречалась лишь в авиации). Инженеры из Вольфсбурга получили ее, соединив одним коленвалом два двигателя типа “VR”.

    Получившийся инженерный шедевр позволил намного уменьшить габариты 8- и 12-цилиндровых моторов. Фольксвагеновские “W-образники” значительно компактнее конкурентов с тем же числом цилиндров. Сегодня двигатели подобной компоновки можно встретить под капотом наиболее престижных моделей концерна: к примеру, на “Volkswagen Phaeton” и “Bentley Continental GT”.

    Но немецкие инженеры на этом не остановились и создали, пожалуй, наиболее сложные двигатели в мире – “W16” и “W18”. Они разрабатывались специально для перспективных автомобилей “Bugatti”. Причем “W16” все-таки пошел в мелкосерийное производство и ныне устанавливается на суперкар “Bugatti Veyron 16.4”.

     

     

    Автор
    Юрий УРЮКОВ
    Издание
    Клаксон №7 2007 год
    Фото
    фото фирм-производителей

    Однофазный асинхронный двигатель: 6 схем работы

    Изготовление самодельных станков и механизмов требует наличия источника крутящего момента, способного развивать высокую механическую мощность на валу привода при питании от сети 220 вольт.

    Для этих целей подходит электродвигатель от бетономешалки, стиральной машины, другого оборудования или просто приобретенный в продаже.

    В статье я рассказываю все про однофазный асинхронный двигатель, схема подключения которого зависит от внутренней конструкции и может быть выполнена с пусковой обмоткой или конденсаторным запуском.

    Содержание статьи

    С чего обязательно следует начинать подключение двигателя: 2 важных момента, проверенные временем

    Перед первым включением любого электродвигателя необходимо уточнить его устройство: конструкцию статора и ротора, состояние подшипников.

    Устройство асинхронного двигателяУстройство однофазного электродвигателя

    На собственном и чужом опыте могу заверить, что проще раскрутить несколько гаек, осмотреть внутреннюю конструкцию, выявить дефекты на начальном этапе и устранить их, чем после запуска в непродолжительную работу заниматься сложным ремонтом, который можно было предотвратить.

    Важное предупреждение

    Начинающие электрики довольно часто сами создают неисправности двигателя, нарушая технологию его разборки, работая обычным молотком: разбивают грани вала.

    Для сохранения структуры деталей без их повреждения необходимо использовать специальный съемник подшипников электродвигателя.

    Съемник подшипников электродвигателя

    В самом крайнем случае, когда его нет, удары молотком наносят через толстые пластины из мягкого металла (медь, алюминий) или плотную сухую древесину (яблоня, груша, дуб).

    Как состояние подшипников влияет на работу двигателя

    Любой асинхронный электродвигатель (АД) имеет ротор с короткозамкнутыми обмотками. В них наводится ток, создающий магнитный поток, взаимодействующий с вращающимся магнитным полем статора, которое и является его источником движения.

    Ротор внутри корпуса крепится на подшипниках. Их состояние сильно влияет на качество вращения. Они призваны обеспечить легкое скольжение вала без люфтов и биений. Любые нарушения недопустимы.

    Дело в том, что обмотку статора можно рассматривать как обыкновенный электромагнит. Если у ротора разбиты подшипники, то он под действием магнитного поля станет притягиваться, приближаясь к статорной обмотке.

    Зазор между вращающейся и стационарной частями очень маленький. Поэтому касания или биения ротора могут задевать, царапать, деформировать статорные обмотки, безвозвратно повреждая их. Ремонт потребует полной перемотки статора, а это весьма сложная работа.

    Обязательно разбирайте электродвигатель перед его подключением, тщательно осматривайте всю его внутреннюю конструкцию.

    Обращайте особое внимание на состояние подшипников, выполнение нормативов по допускам и посадкам, качество смазки. Сухую и старую смазку обязательно необходимо заменять свежей.

    Что надо учитывать в конструкции статорных обмоток и как их подготовить

    Домашнему мастеру чаще всего попадают электродвигатели, которые уже где-то поработали, а, возможно, и прошли реконструкцию или перемотку. Никто об этом обычно не заявляет, на шильдиках и бирках информацию не меняют, оставляют прежней. Поэтому рекомендую визуально осмотреть их внутренности.

    Статорные катушки у асинхронных двигателей для питания от однофазной и трехфазной сети отличаются количеством обмоток и конструкцией.

    Трехфазный электродвигатель имеет три абсолютно одинаковые обмотки, разнесенные по направлению вращения ротора на 120 угловых градусов. Они выполнены из одного провода с одинаковым числом витков.

    Все они имеют равное активное и индуктивное сопротивление, занимают одинаковое число пазов внутри статора.

    Это позволяет первоначально оценивать их состояние обычным цифровым мультиметром в режиме омметра при отключенном напряжении.

    Однофазный асинхронный двигатель имеет две разные обмотки на статоре, разнесенные на 90 угловых градусов. Одна из них создана для длительного прохождения тока в номинальном режиме работы и поэтому называется основной, главной либо рабочей.

    Для уменьшения нагрева ее делают более толстым проводом, обладающим меньшим электрическим сопротивлением.

    Перпендикулярно ей смонтирована вторая обмотка большего сопротивления и меньшего диаметра, что позволяет различать ее визуально. Она создана для кратковременного протекания пусковых токов и отключается сразу при наборе ротором номинального числа оборотов.

    Пусковая или вспомогательная обмотка занимает примерно 1/3 пазов статора, а остальная часть отведена рабочим виткам.

    Однако, приведенное правило имеет исключения: на практике встречаются однофазные электродвигатели с двумя одинаковыми обмотками.

    Для подключения статора к питающей сети концы обмоток выводят наружу проводами. С учетом того, что одна обмотка имеет два конца, то у трехфазного электродвигателя может быть, как правило, шесть выводов, а у однофазного — четыре.

    Но из этого простого правила встречаются исключения, связанные с внутренней коммутацией выводов для упрощения монтажа на специальном оборудовании:

    • у трехфазных двигателей из статора могут выводиться:
      • три жилы при внутренней сборке схемы треугольника;
      • или четыре — для звезды;
    • однофазный электродвигатель может иметь:
      • три вывода при внутреннем объединении одного конца пусковой и рабочей обмоток;
      • или шесть концов для конструкции с пусковой обмоткой и встроенным контактом ее отключения от центробежного регулятора.

    Как видите, судить о конструкции асинхронного двигателя по количеству выведенных проводов на клеммнике от обмоток статора можно, но вероятность ошибки довольно высока. Нужен более тщательный анализ его устройства.

    Техническое состояние изоляции обмоток

    Где и в каких условиях хранился статор не всегда известно. Если он находился без защиты от атмосферных осадков или внутри влажных помещений, то его изоляция требует сушки.

    В домашней обстановке разобранный статор можно поместить в сухую комнату для просушки. Ускорить процесс допустимо обдувом вентилятора или нагревом обычными лампами накаливания.

    Сушка электродвигателя

    Обращайте внимание, чтобы разогретое стекло лампы не касалось провода обмоток, обеспечивайте воздушный зазор. Окончание процесса сушки связано с восстановлением свойств изоляции. Этот процесс необходимо контролировать замерами мегаомметром.

    Как отличить конструкцию однофазного асинхронного электродвигателя и определить его тип по статистической таблице

    Привожу выдержку из книги Алиева И И про асинхронные двигатели, вернее таблицу основных электрических характеристик.

    Таблица однофазных асинхронных двигателей

    Как видите, промышленностью массово выпущены модели с:

    • повышенным сопротивлением пусковой обмотки;
    • пусковым конденсатором;
    • рабочим конденсатором;
    • пусковым и рабочим конденсатором;
    • экранированными полюсами.

    А еще здесь не указаны более новые разработки, называемые АЭД — асинхронные энергосберегающие двигатели, обеспечивающие:

    • значительное снижение реактивной мощности;
    • повышение КПД;
    • уменьшение потребления полной мощности при той же нагрузке на вал, что и у обычных моделей.

    Их конструкторское отличие: внутри зубцов сердечника статора выполнены углубления. В них жестко вставлены постоянные магниты, взаимодействующие с вращающимся магнитным полем.

    Во всем этом многообразии вам предстоит разбираться самостоятельно с неизвестной конструкцией. Здесь большую помощь может оказать техническое описание или шильдик на корпусе.

    Я же дальше рассматриваю только две наиболее распространенные схемы запуска АД в работу.

    Схема подключения асинхронного двигателя с пусковой обмоткой: последовательность сборки

    Например, мы определили, что из статора выходят четыре или три провода. Вызваниваем между ними активное сопротивление омметром и определяем пусковую и рабочую обмотку.

    Допустим, что у четырех проводов между собой вызваниваются две пары с сопротивлением 6 и 12 Ом. Скрутим произвольно по одному проводу от каждой обмотки, обозначим это место, как «общий провод» и получим между тремя выводами замер 6, 12, 18 Ом.

    Сопротивление обмоток двигателя

    Точками на этой схеме я обозначил начала обмоток. Пока на этот вопрос не обращайте внимание. Но, к нему потребуется вернуться дальше, когда возникнет необходимость выполнять реверс.

    Цепочка между общим выводом и меньшим сопротивлением 6Ω будет главной, а большим 12Ω — вспомогательной, пусковой обмоткой. Последовательное их соединение покажет суммарный результат 18 Ом.

    Помечаем эти 3 конца уже понятной нам маркировкой:

    • О — общий;
    • П — пусковой;
    • Р — рабочий.

    Дальше нам понадобиться кнопка ПНВС, специально созданная для запуска однофазных асинхронных двигателей. Ее электрическая схема представлена тремя замыкающими контактами.

    Но, она имеет важное отличие от кнопки запуска трехфазных электродвигателей ПНВ: ее средний контакт выполнен с самовозвратом, а не фиксацией при нажатии.

    Схема кнопки ПНВС

    Это означает, что при нажатии кнопки все три контакта замыкаются и удерживаются в этом положении. Но, при отпускании руки два крайних контакта остаются замкнутыми, а средний возвращается под действием пружины в разомкнутое состояние.

    Кнопка ПНВС

    Эту кнопку и клеммы вывода обмоток статора из электродвигателя соединяем трехжильным кабелем так, чтобы на средний контакт ПНВС выходил контакт пусковой обмотки. Выводы П и Р подключаем на ее крайние контакты и помечаем.

    С обратной стороны кнопки между контактами пусковой и рабочей обмоток жестко монтируем перемычку. На нее и второй крайний контакт подключаем кабель питания бытовой сети 220 вольт с вилкой для установки в розетку.

    Схема подключения асинхронного двигателя с пусковой обмоткой

    При включении этой кнопки под напряжение все три контакта замкнутся, а рабочая и пусковая обмотка станут работать. Буквально через пару секунд двигатель закончит набирать обороты, выйдет на номинальный режим.

    Тогда кнопку запуска отпускают:

    • пусковая обмотка отключается самовозвратом среднего контакта;
    • главная обмотка двигателя продолжает раскручивать ротор от сети 220 В.

    Это самая доступная схема подключения асинхронного двигателя с пусковой обмоткой для домашнего мастера. Однако, она требует наличия кнопки ПНВС.

    Если ее нет, а электродвигатель требуется срочно запустить, то ее допустимо заменить комбинацией из двухполюсного автоматического выключателя и обычной электрической кнопки соответствующей мощности с самовозвратом.

    Придется включать их одновременно, а кнопку отпускать после раскрутки электродвигателя.

    Все запуски электродвигателей и любого электрического оборудования всегда выполняйте с защитой этих цепей автоматическими выключателями. Они предотвратят развитие аварийных ситуаций при возникновении любых случайных ошибок.

    С целью закрепления материала по этой теме рекомендую посмотреть видеоролик владельца Oleg pl. Он как раз показывает конструкцию встроенного центробежного регулятора, предназначенного для автоматического отключения вспомогательной обмотки.

    Схема подключения асинхронного двигателя с конденсаторным запуском: 3 технологии

    Статор с обмотками для запуска от конденсаторов имеет примерно такую же конструкцию, что и рассмотренная выше. Отличить по внешнему виду и простыми замерами мультиметром его сложно, хотя обмотки могут иметь равное сопротивление.

    Ориентируйтесь по заводскому шильдику и таблице из книги Алиева. Такой электродвигатель можно попробовать подключить по схеме с кнопкой ПНВС, но он не станет раскручиваться.

    Ему не хватит пускового момента от вспомогательной обмотки. Он будет гудеть, дергаться, но на режим вращения так и не выйдет. Здесь нужно собирать иную схему конденсаторного запуска.

    2 конца разных обмоток подключают с общим выводом О. На него и второй конец рабочей обмотки подают через коммутационный аппарат АВ напряжение бытовой сети 220 вольт.

    Конденсатор подключают к выводам пусковой и рабочей обмоток.

    В качестве коммутационного аппарата можно использовать сдвоенный автоматический выключатель, рубильник, кнопки типа ПНВ или ПНВС.

    Схема подключения асинхронного двигателя с конденсаторным запуском

    Здесь получается, что:

    • главная обмотка работает напрямую от 220 В;
    • вспомогательная — только через емкость конденсатора.

    Эта схема используется для легкого запуска конденсаторных электродвигателей, включаемых в работу без тяжелой нагрузки на привод, например, вентиляторы, наждаки.

    Если же в момент запуска необходимо одновременно раскручивать ременную передачу, шестеренчатый механизм редуктора или другой тяжелый привод, то в схему добавляют пусковой конденсатор, увеличивающий пусковой момент.

    Принцип работы такой схемы удобно приводить с помощью все той же кнопки ПНВС.

    Схема подключения асинхронного двигателя с пусковым конденсатором

    Ее контакт с самовозвратом подключается на вспомогательную обмотку через дополнительный пусковой конденсатор Сп. Второй конец его обкладки соединяется с выводом П и рабочей емкостью Ср.

    Дополнительный конденсатор в момент запуска электродвигателя с тяжелым приводом помогает ему быстро выйти на номинальные обороты вращения, а затем просто отключается, чтобы не создавать перегрев статора.

    Эта схема таит в себе одну опасность, связанную с длительным хранением емкостного заряда пусковым конденсатором после снятия питания 220 при отключении электродвигателя.

    При неаккуратном обращении или потере внимательности работником ток разряда может пройти через тело человека. Поэтому заряженную емкость требуется разряжать.

    В рассматриваемой схеме после снятия напряжения и выдергивания вилки со шнуром питания из розетки это можно делать кратковременным включением кнопки ПНВС. Тогда емкость Сп станет разряжаться через пусковую обмотку двигателя.

    Однако не все люди так поступают по разным причинам. Поэтому рекомендуется в цепочку пуска монтировать два дополнительных резистора.

    Схема подключения асинхронного двигателя через конденсаторы

    Сопротивление Rр выбирается номиналом около 300÷500 Ом нескольких ватт. Его задача — после снятия напряжения питания осуществить разряд вспомогательной емкости Сп.

    Резистор Rо низкоомный и мощный выполняет роль токоограничивающего сопротивления.

    Добавление резисторов в схему пуска электродвигателя повышает безопасность его эксплуатации, автоматически ограничивает протекание емкостного тока разряда заряженного конденсатора через тело человека.

    Где взять номиналы главного и вспомогательного конденсаторов?

    Дело в том, что величину пусковой и рабочей емкости для конденсаторного запуска однофазного АД завод определяет индивидуально для каждой модели и указывает это значение в паспорте.

    Отдельных формул для расчета, как это делается для конденсаторного запуска трехфазного двигателя в однофазную сеть по схемам звезды или треугольника просто нет.

    Вам потребуется искать заводские рекомендации или экспериментировать в процессе наладки с разными емкостями, выбирая наиболее оптимальный вариант.

    Владелец
    видеоролика “I V Мне интересно” показывает способы оптимальной настройки параметров схемы запуска конденсаторных двигателей.

    Как поменять направление вращения однофазного асинхронного двигателя: 2 схемы

    Высока вероятность того, что АД запустили по одному из вышеперечисленных принципов, а он крутится не в ту сторону, что требуется для привода.

    Другой вариант: на станке необходимо обязательно выполнять реверс для обработки деталей. Оба эти случаи поможет реализовать очередная разработка.

    Возвращаю вас к начальной схеме, когда мы случайным образом объединяли концы главной и вспомогательной обмоток. Теперь нам надо сменить последовательность включения одной из них. Показываю на примере смены полярности пусковой обмотки.

    Как поменять направление вращения двигателя

    В принципе так можно поступить и с главной. Тогда ток по этой последовательно собранной цепочке изменит направление одного из магнитных потоков и направление вращения ротора.

    Для одноразового реверса этого переключения вполне достаточно. Но для станка с необходимостью периодической смены направления движения привода предлагается схема реверса с управлением тумблером.

    Этот переключатель можно выбрать с двумя или тремя фиксированными положениями и шестью выводами. Подбирать его конструкцию необходимо по току нагрузки и допустимому напряжению.

    Схема реверса однофазного АД с пусковой обмоткой через тумблер имеет такой вид.

    Схема реверса двигателя

    Пускать токи через тумблер лучше от вспомогательной обмотки, ибо она работает кратковременно. Это позволит продлить ресурс ее контактов.

    Реверс АД с конденсаторным запуском удобно выполнить по следующей схеме.

    Реверс асинхронного двигателя

    Для условий тяжелого запуска параллельно основному конденсатору через средний контакт с самовозвратом кнопки ПНВС подключают дополнительный конденсатор. Эту схему не рисую, она показана раньше.

    Переключать положение тумблера реверса необходимо исключительно при остановленном роторе, а не во время его вращения. Случайная смена направления работы двигателя под напряжением связана с большими бросками токов, что ограничивает его ресурс.

    Поэтому место расположения тумблера реверса на станке необходимо выбирать так, чтобы исключить случайное оперирование им во время работы. Устанавливайте его в углублениях конструкции.

    Если у вас еще остались неясные моменты про однофазный асинхронный двигатель и схему подключения, то задавайте их в комментариях. Обязательно обсудим.

    Бензиновый двигатель внутреннего сгорания: принцип работы

    В основе принципа работы любого двигателя внутреннего сгорания лежит воспламенение небольшого количества топлива, обязательно высокоэнергетического, в небольшом замкнутом пространстве. При этом выделяется большое количество энергии, в виде теплового расширения нагретых газов. Так как давление под поршнем равно нормальному атмосферному, а компрессия в цилиндре намного превышает его, то под действием разницы давлений поршень совершает движение.

    Бензиновый двигатель внутреннего сгорания: принцип работы

    Для того чтобы двигатель внутреннего сгорания постоянно производил полезную механическую энергию, камеру сгорания цилиндра необходимо циклично заполнять новыми дозами воздушно-топливной смеси. В результате, поршень приводит в действие коленчатый вал, который и придает движение колесам автомобиля.

    Двигатели почти всех современных автомобилей являются четырёхтактными по своему циклу работы, и энергия, полученная от сжигания бензина, почти полностью преобразовывается в полезную. Цикл Отто, так называется подобный принцип, по имени Николауса Отто, изобретателя двигателя внутреннего сгорания (1867 год).

    Схема работы бензинового двигателя внутреннего сгорания:

    — такт впуска;

    — такт сжатия;

    — рабочий такт;

    — такт выпуска.

    Главным элементом двигателя внутреннего сгорания является поршень, который связан шатуном с коленчатым валом. Так называемый, кривошипно-шатунный механизм, преобразующий прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня в радиальное движение коленвала.

    Ниже более подробно расписан рабочий цикл бензинового двигателя:

    1. Такт впуска

    Поршень опускается из верхней крайней точки в нижнюю крайнюю точку, при этом кулачки распределительного вала открывают впускной клапан, и через него воздушно-топливная смесь поступает из карбюратора в камеру сгорания цилиндра. Когда поршень доходит до нижней мертвой точки, впускной клапан закрывается.

    2. Такт сжатия

    Поршень возвращается из нижней мертвой точки в верхнюю, сжимая топливную смесь. При этом существенно увеличивается температура смеси. Когда поршень доходит до верхней крайней точки, свеча зажигания воспламеняет сжатую рабочую смесь.

    3. Рабочий такт

    Воспламененная горючая смесь сгорает при высокой температуре, образовавшиеся газы моментально расширяются и толкают поршень вниз. Впускной и выпускной клапаны, во время этого такта, закрыты.

    4. Такт выпуска

    Коленвал продолжает вращаться по инерции, поршень идет в верхнюю мертвую точку. В то же время открывается клапан выпуска, и поршень вытесняет отработанные газы в выхлопную трубу. Когда он достигает верхней крайней точки, выпуск закрывается.

    Следующий такт необязательно должен начинаться после окончания предыдущего. Такая ситуация, когда одновременно открыты оба клапана (впуска и выпуска), называется перекрытием клапанов. Это необходимо для эффективного наполнения цилиндра воздушно-топливным соединением, а также для более результативной очистки цилиндров от выхлопных газов. После этого рабочий цикл повторяется.

     

    Отличительной особенностью двигателя внутреннего сгорания является то, что поршень двигается прямолинейно, а движение, осуществляющееся при сгорании топливной смеси, — вращательное. Линейный ход поршней преобразовывается в поворотное движение, необходимое для работы колес автомобиля, при помощи коленчатого вала.

    Ниже рассмотрены основные элементы двигателя, которые принимают участие в преобразовании тепловой энергии в механическую.

    1. Свеча зажигания

    Искровая свеча вырабатывает электрическую искру, которая воспламеняет воздушно-топливную смесь. Для равномерной и бесперебойной работы поршня искра должна появляться в заданный момент времени.

    2. Клапаны

    Выпускные и впускные клапаны закрываются и открываются в заданный момент, впуская воздух в цилиндр и выпуская отработанные газы. Во время процесса горения топливной смеси оба клапана закрыты. Клапан выпуска открывается до достижения поршня крайней нижней точки и остается открытым до прохождения поршня к верхней крайней точке. К этому моменту впускной уже будет открыт.

    3. Поршень

    Образующиеся во время сгорания топливной смеси горячие газы выдавливают поршень, передавая энергию через шатун и палец коленвалу. Для сохранения компрессии в цилиндрах на поршень устанавливаются уплотняющие кольца, изготовленные из высокопрочного чугуна. Для повышения износостойкости поршневые кольца покрываются тонким слоем пористого хрома. К основным характеристикам колец относятся следующие показатели: высота, наружный диаметр, радиальная толщина, форма разреза в стыке и упругость. Внешний диаметр поршневого кольца должен соответствовать внутреннему диаметру цилиндра. В настоящее время применяются узкие кольца (высотой — 1,5-2 мм) и широкие (высотой — 2,5-3 мм). Первые более надежны при частом движении поршня. Радиальная толщина увеличивается с возрастанием диаметра цилиндра. Износ поршневых колец происходит, в среднем, через каждые 3 тысячи километров пробега.

    4. Шатун

    Шатун соединяет коленчатый вал с поршнем. Вращение шатуна является двухсторонним, это нужно для того, чтобы его угол мог изменяться в зависимости от местоположения поршня, обеспечивая движение коленвала. Обычно шатуны бывают стальными, иногда — алюминиевыми.

    5. Коленчатый вал

    Поворот коленчатого вала осуществляется вследствие вертикального хода поршня. Коленвал приводит в движение колеса автомобиля.

     

    Современные двигатели внутреннего сгорания делятся на два типа: карбюраторные и инжекторные.

    В карбюраторном двигателе процесс приготовления воздушно-топливной смеси происходит в специальном устройстве — карбюраторе. В нем, используя аэродинамическую силу, горючее смешивается с воздушным потоком, засасываемым двигателем.

    В инжекторном типе двигателя топливо впрыскивается под давлением в поток воздуха при помощи специальных форсунок. Дозировка горючего происходит при помощи электронного блока управления, который открывает форсунку электрическими импульсами. В двигателях устаревшей конструкции, этот процесс происходит с использованием специфической механической системы. Последний тип почти полностью вытеснил устаревшие карбюраторные силовые агрегаты. Это произошло из-за современных экологических стандартов, которые устанавливают высокие нормы чистоты выхлопных газов. Что повлекло за собой внедрение новых эффективных нейтрализаторов выхлопа (каталитических конвертеров или катализаторов). Такие системы нейтрализации требуют постоянного состава отработанных газов, который могут обеспечить только инжекторные системы впрыска топлива, контролируемые электронным блоком управления. Нормальная работа катализатора обеспечивается исключительно при соблюдении стабильного состава выхлопных газов. Необходимостью этого является то, что он требует содержания определенных пропорций кислорода в отработанных газах. Для соблюдения подобных условий в таких системах катализации обязательно устанавливается кислородный датчик (лямбда-зонд), который анализирует процент содержания кислорода в выхлопных газах и контролирует точность пропорций оксида азота, несгоревших остатков топлива и углеводородов.

     

    Основными вспомогательными системами являются:

    Система зажигания. Отвечает за поджигание топливной смеси в нужный момент. Она бывает контактной, бесконтактной и микропроцессорной. Система контактного типа состоит из распределителя-прерывателя, катушки, выключателя зажигания и свечей. Бесконтактная система аналогична предыдущей, только вместо прерывателя стоит индукционный датчик. Управление системой зажигания микропроцессорного типа осуществляется специальным компьютерным блоком, в ее состав входит датчик положения коленвала, коммутатор, блок управления зажиганием, катушки, датчик температуры двигателя и свечи. В двигателях с инжекторной системой к ней добавляется еще датчик положения дроссельной заслонки и термоанемометрический датчик массового расхода воздуха.

    Система запуска двигателя. Состоит из специального электромотора (стартера), подключенного к аккумулятору, или механического стартера, использующего физические усилия человека. Применение этой системы объясняется тем, что для запуска рабочего цикла двигателя необходимо, чтобы коленчатый вал произвел хотя бы один оборот.

    Система выпуска выхлопных газов. Обеспечивает своевременное удаление продуктов горения топливной смеси из цилиндров. Включает в себя выпускной коллектор, катализатор и глушитель.

    Система приготовления воздушно-топливной смеси. Предназначена для приготовления и впрыска смеси горючего с воздухом, в камеру сгорания цилиндров двигателя. Может быть карбюраторной или инжекторной.

    Система охлаждения. Современная система состоит из вентилятора, радиатора, термостата, расширительного бачка, жидкостного насоса, датчика температуры, рубашки и головки охлаждения блока цилиндров. Предназначена для создания и поддержания приемлемого температурного режима работы ДВС. Обеспечивает отвод тепла от цилиндров клапанной системы и поршневой группы. Может быть воздушной, жидкостной или гибридной.

    Система смазки. Состоит из масляного фильтра, маслонасоса с маслоприемником, каналов в блоке и головках цилиндров для впрыска масла под высоким давлением, поддона картера. Предназначена для подачи автомобильного масла с целью уменьшения трения и охлаждения, к взаимодействующим деталям двигателя. Также циркуляция масла смывает нагар и продукты механического износа.

    Источник: Авто Релиз.ру.

    Устройство бензинового двигателя внутреннего сгорания

    Расскажу об устройстве и принципе работы бензинового инжекторного двигателя. Поршневые двигатели внутреннего сгорания преобразуют тепловую энергию, выделяющуюся при сгорании топлива непосредственно в цилиндре, в механическую работу. Конструкции моторов имеют различную сложность, но сходны по принципиальной схеме. 

    Устройство бензинового двигателя

    Бензиновые моторы наиболее популярны в настоящее время, поэтому рассмотрим их устройство.

    В качестве примера взят шестнадцатиклапанный четырехцилиндровый четырехтактный инжекторный агрегат внутреннего сгорания 1zz-fe.

    Агрегат устроен достаточно просто, но из сложных деталей . Если вы пару раз разберете и соберете какой-либо бензиновый аппарат, вы уже будете намного лучше понимать его устройство и принцип работы.

    Основные составляющие инжекторного двигателя

    Двигатель стостоит из:

    • блока цилиндров
    • поршней и коленвала
    • головки блока цилиндров
    • распредвалов
    • ну и некоторого навесного оборудования

    Самой массивной частью является блок цилиндров.

    На большинстве моторов он выполнет из чугуна, но в нашем примере блок цилиндров аллюминиевый.

    По словам разработчиков такой конструкции имполнение из аллюминия делает агрегат намного легче.

    И к тому же аллюминий быстрее нагревается, что будет способствовать скорейшему выходу на рабочие температуры.

    Блок цилиндров служит основой всего устройства бензиновых двигателей.

    Снизу блок цилиндров закрывается так называемым блоком коренных крышек, а сверху на него устанавливается головка блока цилиндров.

    Четыре отверстия в болоке собственно и есть цилиндры. Здесь их четыре. Есть бензиновые моторы содержащие три, шесть или восемь цилиндров и более.

    В цилиндрах находятся поршни, они перемещаются по цилиндрам вверх и вниз с большой скоростью, поэтому при изготовлении деталей требуется их тщательная подгонка и точное соблюдение размеров.

    Поршень перемещается в цилиндре за счет энергии, получаемой при сгорании топливно-воздушной смеси. Сам поршень крепится к шатуну, который в свою очередь, закреплен на коленвалу. Все эти соединения скользащие, то есть не жесткие и позволяют деталям вращаться относительно друг друга.

    А чтобы не происходило перегрева при трении частей используется система смазки. В четырех цилиндрах поочередно происходит взрыв топливной смеси и поршни через шатуны приводят во вращение коленчатый вал двигателя. На валу жестко посажен маховик.

    Именно маховик используется для первичного запуска. При запуске зубья стартера входят в зацепление с зубьями маховика и вращают его.

    К маховику крепится корзина сцепления, через нее передается вращающий момент от мотора на коробку передач.

    С другой стороны коленвала крепятся зубчатый шкив вращающий цепь привода газораспределительного механизма или проще говоря распредвалов. И шкив ремня для вращения навесного оборудования (генератор, насос гура, компрессор и т.п)

    Устройство ГРМ бензинового двигателя

    Газораспределительный механизм нашего мотора состоит из двух распределительных валов, их привода и клапанов с толкателями. В задачу грм входит подача топливно воздушной смеси в цилиндры и отвод выхлопных газов из цилиндров. Причем устройство системы таково, что при распределенном впрыске смесь подается только в тот цилиндр, в котором происходит такт впуска.

    Кулачки впускного распредвала нажимают на толкатель клапана, клапан опускается вниз, открывая впускное отверстие. Через него в блок попадает бензин в смеси с воздухом. Топливо впрыскивается форсунками непосредственно перед клапаном и смешивается с воздухом. После открытия клапана эта смесь всасывается в цилиндр, так как поршень на такте впуска идет вниз.

    Распредвалы и клапана расположены в головке блока цилиндров (не путать с крышкой головки блока), она крепится сверху на блок цилиндров.

    Распредвалы приводятся в движение цепью или ремнем, в нашем случае это цепь. Здесь все точно расчитано и поэтому при снятии цепи ее необходимо выставить по меткам на распредвалах и шкиву коленвала. Иначе у нас открытие и закрытие клапанов будет происходить в разнобой с работой мотора.

    Распревал толкает клапана в нужный момент, а обратно клапан возвращается за счет пружины.

    Впускной и выпускной распредвалы и клапана расположены по разным сторонам цилиндров. В центре между ними находятся свечные колодцы со свечами зажигания.

    На каждой свече установлена индивидуальная катушка зажигания. Искра в бензиновых агрегатах с распределенным впрыском топлива может подаваться как попарно-параллельно (1-4 и 2-3 цилиндры), так и отдельно в каждый цилиндр на нужном такте.

    На рисунке ниже схема расположения основных элементов двигателя.

    Внизу под коленвалом находится масляный поддон в который стекает масло. При работе масляный насос подает масло ко всем узлам для смазки и частично для охлаждения. Мотор работающий без масла из-за больших сил трения очень быстро придет в негодность. Так что не забывайте следить за уровнем масла в автомобиле.

    Коротко о системе смазки читайте в этой статье.

    Так же внимательно изучите устройство системы охлаждения.

    Похожие статьи

     

    устройство, принцип работы, типы, схемы подключения

    Для работы практически всех электрических приборов, необходимы специальные приводные механизмы. Предлагаем рассмотреть, что такое шаговый двигатель, его конструкцию, принцип работы и схемы подключения.

    Что такое шаговый двигатель?

    Шаговый двигатель представляет собой электрическую машину, предназначенную для преобразования электрической энергии сети в механическую энергию. Конструктивно состоит из обмоток статора и магнитомягкого или магнитотвердого ротора. Отличительной особенностью шагового двигателя является дискретное вращение, при котором заданному числу импульсов соответствует определенное число совершаемых шагов. Наибольшее применение такие устройства получили в станках с ЧПУ, робототехнике, устройствах хранения и считывания информации.

    В отличии от других типов машин шаговый двигатель совершает вращение не непрерывно, а шагами, от чего и происходит название устройства. Каждый такой шаг составляет лишь часть от его полного оборота. Количество необходимых шагов для полного вращения вала будет отличаться, в зависимости от схемы соединения, марки двигателя и способа управления.

    Преимущества и недостатки шагового электродвигателя

    К преимуществам эксплуатации шагового двигателя можно отнести:

    • В шаговых электродвигателях угол поворота соответствует числу поданных электрических сигналов, при этом, после остановки вращения сохраняется полный момент и фиксация;
    • Точное позиционирование – обеспечивает 3 – 5% от установленного шага, которая не накапливается от шага к шагу;
    • Обеспечивает высокую скорость старта, реверса, остановки;
    • Отличается высокой надежностью за счет отсутствия трущихся компонентов для токосъема, в отличии от коллекторных двигателей;
    • Для позиционирования шаговому двигателю не требуется обратной связи;
    • Может выдавать низкие обороты для непосредственно подведенной нагрузки без каких-либо редукторов;
    • Сравнительно меньшая стоимость относительно тех же сервоприводов;
    • Обеспечивается широкий диапазон управления скоростью оборотов вала за счет изменения частоты электрических импульсов.

    К недостаткам применения шагового двигателя относятся:

    • Может возникать резонансный эффект и проскальзывание шагового агрегата;
    • Существует вероятность утраты контроля из-за отсутствия обратной связи;
    • Количество расходуемой электроэнергии не зависит от наличия или отсутствия нагрузки;
    • Сложности управления из-за особенности схемы

    Устройство и принцип работы

    Принцип действия шагового двигателяРис. 1. Принцип действия шагового двигателя

    На рисунке 1 изображены 4 обмотки, которые относятся к статору двигателя, а их расположение устроено так, что они находятся под углом 90º относительно друг друга. Из чего следует, что такая машина характеризуется размером шага в 90º.

    В момент подачи напряжения U1 в первую обмотку происходит перемещение ротора на те же 90º. В случае поочередной подачи напряжения U2, U3, U4 в соответствующие обмотки, вал продолжит вращение до завершения полного круга. После чего цикл повторяется снова. Для изменения направления вращения достаточно изменить очередность подачи импульсов в соответствующие обмотки.

    Типы шаговых двигателей

    Для обеспечения различных параметров работы важна как величина шага, на который будет смещаться вал, так и момент, прилагаемый для перемещения. Вариации данных параметров достигаются за счет конструкции самого ротора, способа подключения и конструкции обмоток.

    По конструкции ротора

    Вращаемый элемент обеспечивает магнитное взаимодействие  с электромагнитным полем статора. Поэтому его конструкция и технические особенности напрямую определяют режим работы и параметры вращения шагового агрегата. Чтобы на практике определить тип шагового мотора, при обесточенной сети необходимо провернуть вал, если ощущаете сопротивление, то это свидетельствует о наличии магнита, в противном случае, это конструкция без магнитного сопротивления.

    Реактивный

    Реактивный шаговый двигатель не оснащается магнитом на роторе, а выполняется  из магнитомягких сплавов, как правило, его набирают из пластин для уменьшения потерь на индукцию. Конструкция в поперечном разрезе напоминает шестерню с зубцами. Полюса статорных обмоток запитываются противоположными парами и создают магнитную силу для перемещения ротора, который двигается от попеременного протекания электрического тока в обмоточных парах.

    С переменным магнитным сопротивлениемС переменным магнитным сопротивлением

    Весомым плюсом такой конструкции шагового привода является отсутствие стопорящего момента, образуемого полем по отношению к арматуре. По факту это тот же синхронный двигатель, в котором поворот ротора идет в соответствии с полем статора.  Недостатком является снижение величины вращающего момента. Шаг для реактивного двигателя колеблется от  5 до 15°.

    С постоянными магнитами

    В этом случае подвижный элемент шагового двигателя собирается из постоянного магнита, в котором может быть два и большее количеством полюсов. Вращение ротора обеспечивается притяжением или отталкиванием магнитных полюсов электрическим полем при подаче напряжения в соответствующие обмотки. Для этой конструкции угловой шаг составляет 45-90°.

    С постоянным магнитомС постоянным магнитом
    Гибридные

    Был разработан с целью объединения лучших качеств двух предыдущих моделей, за счет чего агрегат обладает меньшим углом и шагом. Его ротор выполнен в виде цилиндрического постоянного магнита, который намагничен по продольной оси.  Конструктивно это выглядит как два круглых полюса, на поверхности которых расположены зубцы ротора из магнитомягкого материала. Такое решение позволило обеспечить отличный удерживающий и крутящий момент.

    Устройство гибридного шагового двигателя Устройство гибридного шагового двигателя

     

    Преимущества гибридного шагового двигателя заключатся в его высокой точности, плавности и скорости перемещения, малым шагом – от 0,9 до 5°. Их применяют для высококлассных станков ЧПУ, компьютерных и офисных приборах и современной робототехнике. Единственным недостатком считается относительно высокая стоимость.

    Для примера разберем вариант гибридных ШД на 200 шагов позиционирования вала. Соответственно каждый из цилиндров будет иметь по 50 зубцов, один из них является положительным полюсом, второй отрицательным. При этом каждый положительный зубец расположен напротив паза в отрицательном цилиндре и наоборот. Конструктивно это выглядит так:

    Расположение пазов гибридникаРасположение пазов гибридника

    Из-за чего на валу шагового двигателя получается 100 перемежающихся полюсов с отличной полярностью. Статор также имеет зубцы, как показано на рисунке 6 ниже, кроме промежутков между его компонентами.

    Принцип работы гибридного ШДРис. 6. Принцип работы гибридного ШД

    За счет такой конструкции можно достичь смещения того же южного полюса относительно статора в 50 различных позиций. За счет отличия положения в полупозиции между северным и южным полюсом достигается возможность перемещения в 100 позициях, а смещение фаз на четверть  деления предоставляет возможность увеличить количество шагов за счет последовательного возбуждения еще вдвое, то есть до 200 шагов углового вала за 1 оборот.

    Обратите внимание на рисунок 6, принцип работы такого шагового двигателя заключается в том, что при попарной подаче тока в противоположные обмотки происходит подтягивание разноименных полюсов ротора, расположенных за зубьями статора и отталкивание одноименных, идущих перед ними по ходу вращения.

    По виду обмоток

    На практике шаговый двигатель представляет собой многофазный мотор. Плавность работы в котором напрямую зависит от количества обмоток – чем их больше, тем плавне происходит вращение, но и выше стоимость. При этом крутящий момент от числа фаз не увеличивается, хотя для нормальной работы их минимальное число на статоре электродвигателя должно составлять хотя бы две. Количество фаз не определяет числа обмоток, так двухфазный шаговый двигатель может иметь четыре и более обмотки.

    Униполярный

    Униполярный шаговый двигатель отличается тем, что в схеме подключения обмотки имеется ответвление от средней точки. Благодаря чему  легко меняются магнитные полюса. Недостатком такой конструкции является использование только одной половины доступных витков, из-за чего достигается меньший вращающий момент. Поэтому они отличаются большими габаритами.

    Униполярный ШДУниполярный ШД

    Для использования всей мощности катушки средний вывод оставляют не подключенным. Рассмотрите конструкции униполярных агрегатов, они могут содержать 5 и 6 выводов. Их количество будет зависеть от того, выводится срединный провод отдельно от каждой обмотки двигателя или они соединяются вместе.

    Схема а) с различными, б) с одним выводомСхема а) с различными, б) с одним выводом

    Биполярный

    Биполярный шаговый двигатель подключается к контроллеру через 4 вывода. При этом обмотки могут соединяться внутри как последовательно, так и параллельно. Рассмотрите пример его работы на рисунке.

    Биполярный шаговый двигательБиполярный шаговый двигатель

    В конструктивной схеме такого двигателя вы видите с одной обмоткой возбуждения в каждой фазе. Из-за этого смена направления тока требует использовать в электронной схеме специальные драйверы (электронные чипы, предназначенные для управления). Добиться подобного эффекта  можно при помощи включения Н-моста. В сравнении с предыдущим, биполярное устройство обеспечивает тот же момент при гораздо меньших габаритах.

    Подключение шагового двигателя

    Чтобы запитать обмотки, потребуется устройство способное выдать управляющий импульс  или серию импульсов в определенной последовательности.  В качестве таких блоков выступают полупроводниковые приборы для подключения шагового двигателя, микропроцессорные драйвера. В которых имеется набор выходных клемм, каждая из них определяет способ питания и режим работы.

    В зависимости от схемы подключения должны применяться те или другие выводы шагового агрегата.  При различных вариантах подведения тех или иных клемм к выходному сигналу постоянного тока получается определенная скорость вращения, шаг или микрошаг линейного перемещения в плоскости. Так как для одних задач нужна низкая частота, а для других высокая, один и тот же двигатель может задавать параметр за счет драйвера.

    Типичные схемы подключения ШД

    В зависимости того, какое количество выводов представлено на конкретном шаговом двигателе: 4, 6 или 8 выводов, будет отличаться и возможность использования той или иной схемы их подключения Посмотрите на рисунки, здесь показаны типичные варианты подключения шагового механизма:

    Схемы подключения шагового двигателяСхемы подключения различных типов шаговых двигателей

    При условии запитки основных полюсов шаговой машины от одного и того же драйвера, по данным схемам можно отметить следующие отличительные особенности работы:

    • Выводы однозначно подводятся к соответствующим клеммам устройства. При последовательном соединении обмоток увеличивает индуктивность обмоток, но понижает ток.
    • Обеспечивает паспортное значение электрических характеристик. При параллельной схеме увеличивается ток и снижается индуктивность.
    • При подключении по одной фазе на обмотку снижется момент на низких оборотах и уменьшает величину токов.
    • При подключении осуществляет все электрические и динамические характеристики согласно паспорта, номинальный токи. Значительно упрощается схема управления.
    • Выдает куда больший момент и применяется для больших частот вращения;
    • Как и предыдущая предназначена для увеличения момента, но применяется для низких частот вращения.

    Управление шаговым двигателем

    Выполнение операций шаговым агрегатом может осуществляться несколькими методами. Каждый из которых отличается способом подачи сигналов на пары полюсов. Всего выделяют тир метода активации обмоток.

    Волновой – в таком режиме происходит возбуждение только одной обмотке, к которой и притягиваются роторные полюса. При этом шаговый двигатель не способен вытягивать большую нагрузки, так как выдает лишь половину момента.

    Волновое управлениеВолновое управление

    Полношаговый  — в таком режиме происходит одновременная коммутация фаз, то есть, возбуждаются сразу обе. Из-за чего обеспечивается максимальный момент, в случае параллельного соединения или последовательного включения обмоток будет создаваться максимальное напряжение или ток.

    Полношаговое управлениеПолношаговое управление

    Полушаговый – представляет собой комбинацию двух предыдущих методов коммутации обмоток. Во время реализации которого в шаговом двигателе происходит поочередная подача напряжения сначала в одну катушку, а затем сразу в две. Благодаря чему обеспечивается лучшая фиксация на максимальных скоростях и большее количество шагов.

    Полушаговое управлениеПолушаговое управление

    Для более мягкого управления и преодоления инерции ротора используется микрошаговое управление, когда синусоида сигнала осуществляется микроступенчатыми импульсами. За счет чего силы взаимодействия магнитных цепей в шаговом двигателе получают более плавное изменение и, как следствие, перемещение ротора между полюсами. Позволяет в значительной степени снизить рывки шагового двигателя.

    Без контроллера

    Для управления бесколлекторными двигателями применяется система Н-моста. Который позволяет переключать полярность для реверса шагового двигателя. Может выполняться на транзисторах или микросхемах, которые создают логическую цепочку для перемещения ключей.

    Схема Н-мостаСхема Н-моста

    Как видите, от источника питания V напряжение подается на мост. При попарном включении контактов S1 – S4 или S3 – S2 будет происходить движение тока через обмотки двигателя. Что и обусловит вращение в ту или иную сторону.

    С контроллером

    Устройство контроллера позволяет осуществлять управление шаговым двигателем в различных режимах. В основе контроллера лежит электронный блок, формирующий группы сигналов и их последовательность, посылаемых на катушки статора. Для предотвращения возможности его повреждения в случае короткого замыкания или другой аварийной ситуации на самом двигателе каждый вывод защищается диодом, который не пропусти импульс в обратную сторону.

    Подключение через контроллер ШДПодключение через контроллер однополярного шагового двигателя

    Популярные схемы управления ШД

    Управление от контроллера с дифференциальным выходомСхема управления от контроллера с дифференциальным выходом

    Является одним из наиболее помехозащищенных способов работы. При этом прямой и инверсный сигнал напрямую подключается к соответствующим полюсам. В такой схемы должно применяться экранирование сигнального проводника. Прекрасно подходит для нагрузки с низкой мощностью.

    Управление от контроллера с выходом типа «открытый коллектор»Схема управления от контроллера с выходом типа «открытый коллектор»

    В данной схеме происходит объединение положительных вводов контроллера, которые подключаются к положительному полюсу. В случае питания выше 9В требуется включение в схему специального резистора для ограничения тока. Позволяет задавать необходимое количество шагов со строго установленной скоростью, определить ускорение и т.д.

    Простейший драйвер шагового двигателя своими руками

    Чтобы собрать схему драйвера в домашних условиях могут пригодиться некоторые элементы от старых принтеров, компьютеров и другой техники. Вам понадобятся транзисторы, диоды, резисторы (R) и микросхема (RG).

    Схема простейшего драйвераСхема простейшего драйвера

    Для построения программы руководствуйтесь следующим принципом: при подаче на один из выводов D логической единицы (остальные сигнализируют ноль)  происходит открытие транзистора и сигнал проходит к катушке двигателя. Таким образом, выполняется один шаг.

    На основе схемы составляется печатная плата, которую можно попытаться изготовить самостоятельно или сделать под заказ. После чего на плате впаиваются соответствующие детали. Устройство способно управлять шаговым устройством от домашнего компьютера за счет подключения к обычному  USB порту.

    Полезное видео



    Подключение электродвигателя

    Нас окружает огромное количество электроприборов, почти две трети из них оборудованы электродвигателями с разными мощностными и электрическими характеристиками. После списания прибора в утиль в большинстве случаев электродвигатели сохраняют работоспособность и могут еще довольно долго послужить в виде самодельных электронасосов, точил, станков, вентиляторов и газонокосилок. Нужно только знать, какая схема подключения электродвигателя использована в данном конкретном приборе, и как правильно выполнить подключение асинхронного или коллекторного электропривода к сети.

    Какие конструкции электродвигателя можно подключить своими руками

    Из большого количества моделей и конструкций современных электромоторов в домашних условиях для самоделок можно выполнить подключение электродвигателя лишь нескольких схем:

    • Асинхронного трехфазного электродвигателя с обмоткой звездой и треугольником;
    • Асинхронного электродвигателя с однофазным питанием;
    • Коллекторного электромотора со щеточной схемой возбуждения потока.

    Для питания бытовых приборов и электродвигателей применяется подключение к однофазной сети с напряжением в 220 В. К такой сети можно подключить и трехфазный двигатель на 380 В. Но даже в таком варианте подключения «выдавить» из электродвигателя боле 2,5-3 кВт мощности без риска сжечь электропроводку практически невозможно. Поэтому в гаражах и столярных мастерских владельцы выполняют проводку трехфазного электропитания, позволяющего использовать мощные двигатели на 5-10 кВт и более.

    Что нужно знать для подключения электродвигателя своими руками

    Общий принцип работы электродвигателя известен всем еще со школы. Но на практике знания о вращающихся магнитных потоках и ЭДС, индукционных процессах и эквивалентах правильно выполнить даже простейшее подключение однофазного электродвигателя явно не помогут, поэтому для работы будет достаточно:

    • Понимать суть конструкций двигателей;
    • Знать предназначение обмоток и схему подключения;
    • Ориентироваться во вспомогательных устройствах, таких как балластные сопротивления и пусковые конденсаторы.

    Советская промышленность выпускала электродвигатели с обязательной металлической табличкой, приклепанной к корпусу, на которой был указан тип и модель, напряжение питания, и даже рисовалась схема подключения. Позже на табличке остались только модель, мощность, потребляемый ток и номер. Сегодня на современном электродвигателе с трудом можно найти маркировку модели, и не более.

    Поэтому при выборе схемы подключения необходимо узнать из справочника тип и мощность, прозвонить мультиметром проводку относительно корпуса и между выводами на жгуте. Только после того, как будет достоверно установлено, что нет короткого замыкания на корпусе, определены контакты каждой из обмоток, можно приступать к подключению.

    Типовые схемы подключения электродвигателя

    Наиболее простым в подключении является коллекторный двигатель со щеточным возбуждением магнитного поля ротора. Коллекторным электродвигателем оснащаются электроинструменты, стиралки, кофемолки, электромясорубки и прочие приборы, где время работы мотора одного включения небольшое, но важно, чтобы двигатель был максимально компактным, высокооборотным и мощным.

    Подключение к двигателю простейшее. От однофазной сети напряжение подается через замыкаемую кнопку «Пуск» на обмотки статора и ротора последовательного соединения. Пока кнопка в нажатом состоянии, двигатель работает. На статоре может выполняться две обмотки, в этом случае с помощью переключателя двигатель способен работать на пониженной скорости вращения.

    Коллекторные двигатели имеют малый ресурс и крайне чувствительны к качеству угольно-графитовых щеток, которыми через медное кольцо подается питание на ротор.

    Подключение однофазного асинхронника

    Устройство асинхронного электродвигателя на 220 В приведено на схеме. По сути, это стальной корпус с уложенными внутри двумя обмотками — рабочей и пусковой. Коллектор представляет собой алюминиевую цилиндрическую болванку, насаженную на рабочий вал. Преподаватели и инженеры любят подчеркивать, что у такого прибора обмоток не две, а три, имея в виду цилиндр ротора. Но практики оперируют только пусковой и рабочей обмотками.

    Из всех способов и схем подключения однофазного асинхронного электродвигателя на практике используют только три:

    1. С балластными сопротивлениями на пусковой обмотке;
    2. С кнопочным или релейным пускателем и стартовым конденсатором в цепи пусковой обмотки;
    3. С постоянно включенным рабочим конденсатором на пусковой обмотке.

    Кроме того, используется комбинация последних двух, в этом случае, в дополнение к рабочему конденсатору, в схеме присутствует реле или тиристорный ключ, с помощью которых в момент пуска подключается дополнительная группа стартовых конденсаторов.

    Асинхронные двигатели обладают невысоким стартовым моментом вращения, поэтому для запуска приходится прибегать к подключению по схеме дополнительных устройств в виде реле пускателя, балластного сопротивления или мощных конденсаторов.

    Достаточно просто подключить однофазный асинхронный электромотор с помощью балластного сопротивления и пускателя, как на схеме.

    В любых однофазных асинхронных двигателях имеется две обмотки. Они могут быть изготовлены по схеме с разделением на четыре вывода или на три вывода. В последнем случае один из выводов является общим. Чтобы определить, какие контакты к какой обмотке относятся, потребуется схема двигателя, или можно прозвонить выводы мультиметром. Пара, дающая максимальное сопротивление, означает, что измерение выполнено через две обмотки одновременно, как на схеме. Далее берем оставшийся третий вывод и через него меряем поочередно, как по схеме, сопротивления на первой и второй клемме. Рабочая обмотка асинхронного однофазного двигателя будет иметь минимальное сопротивление 10-13 Ом, сопротивление пусковой будет промежуточным 30-35 Ом.

    Включение однофазных асинхронных моторов через пускатель очень простое, достаточно правильно выполнить соединение контактов с пускателем и сетевым кабелем по приведенной схеме. Управление запуском асинхронного двигателя простейшее, достаточно нажать кратковременно на кнопку пускателя, и мотор начнет работу. Выключение выполняется через обесточивание схемы. Управление асинхронными двигателями только с помощью пускателей является неэкономичным и не всегда эффективным способом раскрутить вал, особенно для высокооборотных моторов с небольшим моментом вращения.

    Более экономичной является схема подключения электродвигателя 220 с конденсатором. Подключая через конденсаторы, как на приведенных схемах, получаем сдвиг фаз между двумя магнитным вращающимися потоками.

    На практике отдают предпочтение схемам с одним конденсатором и комбинированной схеме с рабочим и пусковым конденсаторами. Кратковременным подключением пускового конденсатора на валу двигателя создается мощный стартовый вращающий момент, время запуска сокращается в разы.

    Важно правильно подобрать емкость стартового конденсатора. Обычно для качественного запуска подключаемая к однофазному асинхроннику емкость конденсатора выбирается по схеме – на каждые 100 Вт мощности должно приходиться 7мкФ номинала.

    Подключение трехфазных электродвигателей

    В сравнении с однофазными трехфазные моторы обладают большей мощностью и пусковым моментом. Как правило, в домашних условиях такой электродвигатель применяется для деревообрабатывающих станков и приспособлений. При наличии трехфазной сети порядок подключения еще проще, чем у предыдущих асинхроников. Необходимо выполнить установку четырехконтактного пускателя и выполнить соединение по приведенной на корпусе схеме с контактами трехфазной сети. Такие электродвигатели допускают два вида подключений коммутацией – в виде звезды или треугольника.

    Конкретные варианты соединения обмоток по схеме звезда, а чаще треугольника определяются паспортным напряжением и указаниями производителя. В случае необходимости такие электродвигатели могут также подключаться с помощью переходных конденсаторов к однофазной сети. Для этого выполняют подключение, как на схеме.

    Для одного киловатта мощности необходим рабочий конденсатор емкостью в 70 мкФ и пусковой в 25 мкФ. Рабочее напряжение не менее 600 В.

    Зачастую возникает проблема в определении, какие выводы относятся к обмоткам электродвигателя. Для этого можно собрать схему, приведенную на рисунке.

    Ко второму зажиму подключают один из шести контактов обмоток. Вторым проводом сети, к которому подключена контрольная лампа на 220 В, поочередно касаются всех остальных контактов двигателя. При вспыхивании лампы определяют второй контакт обмотки. Проводку маркируют и убирают в сторону, а остальные контакты продолжают прозванивать по приведенной схеме. При прозвоне необходимо следить, чтобы контакты проводки не касались друг друга. Кроме того, нужно будет определить входные и выходные клеммы для каждой обмотки, прежде чем соединять их звездой или треугольником.

    Заключение

    Самостоятельное подключение трехфазных электродвигателей требует хороших знаний устройства и схем проверки работоспособности основных узлов. Однофазные варианты электродвигателей намного проще и не столь критичны, если допущены ошибки в определении полярности или емкости конденсатора. Но, в любом случае, при первом запуске стоит обращать внимание на нагрев корпуса и пусковых устройств, а также развиваемые электродвигателем обороты. Это поможет вовремя выявить и устранить ошибку до выхода из строя самого прибора.

    Отправить комментарий

alexxlab

E-mail : alexxlab@gmail.com

Submit A Comment

Must be fill required * marked fields.

:*
:*