Основные режимы работы двигателя

Режимы работы дизельного двигателя

Повышение прочности, надежности и срока службы – одна из основных задач, которую ставят перед собой производители дизельных двигателей. Вопросы эксплуатации дизелей можно разделить на две основные группы. Первую составляют вопросы, относящиеся непосредственно к двигателю: собственные характеристики, влияние различных факторов на его рабату и экономичность, особенности режимов работы дизельного двигателя, такие как пуск и прогрев. Вторую составляю качество топливо и все, что с этим связано. Вот о том, какими бывают режимы работы дизельного двигателя, мы и поговорим в этой статье.

График повторно кратковременного режима работы двигателя

3. Повторно-кратковременный режим S3 — когда кратковременные периоды работы двигателя tр чередуются с периодами отключения двигателя (паузами) tп, причем за период работы tp превышение температуры не успевает достигнуть установившихся значений, а за время паузы части двигателя не успевают охладиться до температуры окружающей среды. Общее время работы двигателя в повторно-кратковременном режиме разделяется на периодически повторяющиеся циклы продолжительностью
tц = tр+tп

При повторно-кратковременном режиме работы график нагревания двигателя имеет вид пилообразной кривой (рис. 2.11, г). При достижении двигателем установившегося значения температуры перегрева, соответствующего повторно-кратковременному режиму τуст.к, температура перегрева двигателя продолжает колебаться от τmin до τmax. При этом τуст.к меньше установившейся температуры перегрева, которая наступила бы, если режим работы двигателя был продолжительным (τуст.к τуст). Примерами повторно-кратковременного режима являются работа электроприводов лифтов, подъемных кранов, экскаваторов и других устройств, для которых характерна цикличность (чередование периодов работы с паузами). При этом продолжительность цикла tц = tр+tп не должна превышать 10 мин.

Повторно-кратковременный режим характеризуется относительной продолжительностью включения, %,

Действующим стандартом предусмотрены номинальные повторно-кратковременные режимы с ПВ 15, 25, 40 и 60 % (для продолжительного режима ПВ= 100 %). В условном обозначении повторно-кратковременного режима указывают величину ПВ, например, S3 — 40%.

При переводе двигателя из продолжительного режима (ПВ = 100%) в повторно-кратковременный режим мощность двигателя, по сравнению с его мощностью в продолжительном режиме, может быть увеличена: при ПВ = 60% на З0%, при ПВ = 40% на 60%, при ПВ = 25% — в 2 раза, при ПВ = 15 % — в 2,6 раза.

Рассмотренные три номинальных режима считаются основными. В каталогах на двигатели, предназначенные для работы в каком-либо из этих режимов, указаны номинальные данные, соответствующие режиму работы.

Помимо рассмотренных трех основных режимов, стандартом предусмотрены еще и дополнительные режимы:повторно-кратковременный режим S4 с частыми пусками, с числом включений в час 30, 60, 120 или 240;

Советуем изучить — Тест. строение атома. элементарные частицы. изотопы

повторно-кратковременный режим S5 с частыми пусками и электрическим торможением в конце каждого цикла;

перемежающийся режим S6 с частыми реверсами и электрическим торможением;

перемежающийся режим S7 с частыми пусками, реверсами и электрическим торможением;

перемежающийся режим S8 с двумя и более разными частотами вращения.

Как победить аэрофобию или разрушаем мифы, связанные с авиакатастрофами

Впервые самолет с турбореактивным двигателем (ТРД) поднялся в воздух в 1939 году. С тех пор устройство двигателей самолетов совершенствовалось, появились различные виды, но принцип работы у всех них примерно одинаковый. Чтобы понять, почему воздушное судно, имеющий столь большую массу, так легко поднимается в воздух, следует узнать, как работает двигатель самолета. ТРД приводит в движение воздушное судно за счет реактивной тяги. В свою очередь, реактивная тяга является силой отдачи струи газа, которая вылетает из сопла. То есть получается, что турбореактивная установка толкает самолет и всех находящихся в салоне людей с помощью газовой струи. Реактивная струя, вылетая из сопла, отталкивается от воздуха и таким образом, приводит в движение воздушное судно.

Устройство турбовентиляторного двигателя

Электродвигатели

В некоторых режимах работы электропривода электродвигатель осуществляет обратное преобразование энергии, то есть работает в режиме электрического генератора.

По виду создаваемого механического движения электродвигатели бывают вращающиеся, линейные и др. Под электродвигателем чаще всего подразумевается вращающий электродвигатель, так как он получил наибольшее применение.

Областью науки и техники изучающей электрические машины является – электромеханика. Принято считать, что ее история начинается с 1821 года, когда был создан первый электродвигатель М.Фарадея.

Что такое синхронный двигатель и как он работает?

В качестве устройства преобразования электрической энергии в механическую в промышленности и быту используется синхронный электродвигатель. В сравнении с другими типами электрических машин он получил меньшее распространение, но в отведенных сферах является незаменимым фаворитом. В чем особенность синхронных агрегатов и как их применяют на практике, мы рассмотрим в данной статье.

Двигатель внутреннего сгорания: что это и как работает

Любой автомобилист сталкивался с двигателем внутреннего сгорания. Этот элемент установлен на всех старых и современных автомобилях. Конечно, по конструктивным особенностям они могут отличаться друг от друга, но почти все работают на одном принципе — топливо и сжатие.

Статья расскажет все, что необходимо знать о двигателе внутреннего сгорания, характеристиках, конструктивных особенностях, а также поведает о некоторых нюансах эксплуатации и технического обслуживания.

Продолжительный режим S1

1. Продолжительный режим S1 — когда при неизменной номинальной нагрузке Рном работа двигателя продолжается так долго, что температура перегрева всех его частей успевает достигнуть установившихся значений τ_уст (тау установившееся).

Различают продолжительный режим с неизменной нагрузкой Р = const (рис. 2.11, а) и продолжительный режим с изменяющейся нагрузкой (рис.2.11, б). Например, электроприводы насосов, транспортеров, вентиляторов работают в продолжительном режиме с неизменной нагрузкой, а электроприводы прокатных станков, металлорежущих станков и т.п. работают в продолжительном режиме с изменяющейся нагрузкой.

Конструкция

Устройство двигателя самолета достаточно сложное. Рабочая температура в таких установках достигает 1000 и более градусов. Соответственно, все детали, из которых двигатель состоит, изготавливаются из устойчивых к воздействию высоких температур и возгоранию материалов. Из-за сложности устройства существует целая область науки о ТРД.

ТРД состоит из нескольких основных элементов:

• вентилятор;
• компрессор;
• камера сгорания;
• турбина;
• сопло.

Перед турбиной установлен вентилятор. С его помощью воздух затягивается в установку извне. В таких установках используются вентиляторы с большим количеством лопастей определенной формы. Размер и форма лопастей обеспечивают максимально эффективную и быструю подачу воздуха в турбину. Изготавливаются они из титана. Помимо основной функции (затягивания воздуха), вентилятор решает еще одну важную задачу: с его помощью осуществляется прокачка воздуха между элементами ТРД и его оболочкой. За счет такой прокачки обеспечивается охлаждение системы и предотвращается разрушение камеры сгорания.

Возле вентилятора расположен компрессор высокой мощности. С его помощью воздух поступает в камеру сгорания под высоким давлением. В камере происходит смешивание воздуха с топливом. Образующаяся смесь поджигается. После возгорания происходит нагрев смеси и всех расположенных рядом элементов установки. Камера сгорания чаще всего изготавливается из керамики. Это объясняется тем, что температура внутри камеры достигает 2000 градусов и более. А керамика характеризуется устойчивостью к воздействию высоких температур. После возгорания смесь поступает в турбину.

Вид самолетного двигателя снаружи

Турбина представляет собой устройство, состоящее из большого количества лопаток. На лопатки оказывает давление поток смеси, приводя тем самым турбину в движение. Турбина вследствие такого вращения заставляет вращаться вал, на котором установлен вентилятор. Получается замкнутая система, которая для функционирования двигателя требует только подачи воздуха и наличия топлива.

Решение проблем с дизельным топливом

При помощи подогрева фильтра или непо­средственно самого топлива можно решить проблему образования кристаллов парафина.

Рис. 3 Рис. 4

Рис. 3 : 1. Топливный бек 2. Устройство для подогрева топлива 3. Топливный фильтр 4. Топливный насос высокого давления (ТНВД). Рис. 4 : Материал спирали свечей: 1. Никель (свеча накаливания S-RSK) 2. Железо кобальтовый сплав (свеча накаливания GSK2 второго поколения)

Кроме того, нефтяная промышленность выпускает топливо, предназначенное для использования в условиях холодного вре­мени года. При использовании такого «зимнего» топлива нет необходимости добавлять в него керосин, обычный бен­зин или специальные добавки (см. главу «Дизельное топливо»).

Системы предпускового подогрева

При непосредственном впрыске топли­ва облегчение пуска дизеля частично до­стигается подогревом воздуха во впуск­ном тракте (грузовые автомобили) или применением свечей накаливания (лег­ковые автомобили). У двигателей с раз­деленными камерами сгорания в пред­варительных и вихревых камерах при­меняются исключительно свечи накали­вания. Во всех случаях облегчаются ис­парение топлива и подготовка рабочей смеси, а также обеспечивается надежное ее воспламенение. Исправные свечи на­каливания требуют нескольких секунд предварительного нагрева, что делает возможным быстрый пуск (рис. 4 «Протекание по времени кривых температуры двух свечей накаливания в неподвижном воздухе«) дизе­ля. Кроме того, последнее поколение свечей накаливания имеет более низкую температуру нагретого состояния, что позволяет им дольше сохранять эту температуру. Это снижает как уровень эмиссии отработавших газов, так и уровень шума работы прогретого двигателя.

Изменение параметров впрыска

Одним из условии облегчения пуска яв­ляется увеличение стартовой цикловой подачи топлива для компенсации по­терь на конденсацию и утечки, а также для повышения крутящего момента двигателя в прогретом состоянии.

Другим условием является установка раннего момента начала впрыскивания для компенсации задержки воспламене­ния и обеспечения воспламенения в об­ласти ВМТ поршня, т. е. при наибольшей температуре конца сжатия. Оптималь­ный момент начала впрыскивания по возможности необходимо устанавливать с максимальной точностью.

Слишком рано впрыснутое топливо осаждается на холодных стенках цилин­дра. Из этого количества испаряется лишь малая доля, так как температура заряда воздуха еще слишком низка.

При слишком позднем впрыскива­нии топлива воспламенение происходит на такте расширения, и поршень приоб­ретает слишком малое ускорение. Для наилучшего распыливания топлива и распределения его по камере сгорания си­стема впрыска должна обеспечить соответствующую дисперсность распыления для быстрого и качественного смесе­образования (см. статью «Основы дизельного впрыскивания»).

Кратковременный режим S2

2. Кратковременный режим S2 — когда периоды неизменной номинальной нагрузки чередуются с периодами отключения двигателя (рис. 2.11, в).
При этом периоды работы (нагрузки) двигателя tр настолько кратковременны, что температуры нагрева всех частей двигателя не достигают установившихся значений, а периоды отключения двигателя настолько продолжительны, что все части двигателя успевают охладиться до температуры окружающей среды (допускается превышение температуры не более чем на 1 ºС).

Стандартом установлена длительность периодов нагрузки 10; 30; 60 и 90 мин. В условном обозначении кратковременного режима указывается продолжительность периода нагрузки, например S2 — 30 мин.

В кратковременном режиме работают электроприводы шлюзов, разного рода заслонок, вентилей и других запорных устройств, регулирующих подачу рабочего вещества (нефть, газ, вода и др.) посредством трубопровода к объекту потребления.

Периодический кратковременный режим с электрическим торможением — типовой режим S5

Периодический кратковременный режим с электрическим торможением (типовой режим S5) – последовательность одинаковых рабочих циклов электродвигателя, каждый из которых состоит из периода пуска, периода работы с постоянной нагрузкой, периода быстрого электрического торможения и периода покоя, см. рис. (D –пуск; N – работа при постоянной нагрузке: R – состояние покоя; Omax– максимальная температура, достигнутая в течение цикла; F –электрическое торможение). Продолжительность цикла недостаточна для достижения теплового равновесия.

Продолжительность включения, %: ПВ=100(Д+ N+ F)/(D+ N + F + К).

В соответствии с ГОСТ 183 продолжительность включения (ПВ) 15, 25, 40 и 60%; число включений в час 30, 60, 120 и 240 при коэффициенте инерции равном 1,2;. 1,6; 2,0; 2,5 и 4,0.

История происхождения двигателя внутреннего сгорания

История создания двигателя внутреннего сгорания началась более 300 лет назад, когда первый примитивный чертеж сделал Леонардо ДаВинчи. Именно его разработка положила основу созданию двигателю внутреннего сгорания, устройство которого можно наблюдать на любой дороге.

В создание различных ДВС внесли наибольший вклад такие инженеры как Джон Барбер (изобретение газовой турбины в 1791), Роберт Стрит (патент на двигатель на жидком топливе, 1794 год), Филипп Лебон (открытие светильного газа в 1799, первый газовый двигатель в 1801), Франсуа Исаак де Риваз (первый поршневой двигатель, 1807), Жан Этьен Ленуар (газовый двигатель Ленуара, 1860), Николаус Отто (двигатель с искровым зажиганием и сжатием смеси в 1861 году, четырёхтактный двигатель в 1876-м), Рудольф Дизель (двигатель Дизеля на угольной пыли, 1897, двигатель на керосине с КПД 25% в этом же году), Готлиб Даймлер и Вильгельм Майбах, Огнеслав Степанович Костович (бензиновый мотор с карбюратором, 1880-е), Густав Васильевич Тринклер (дизельные двигатели на жидком топливе, 1899), Раймонд Александрович Корейво, Фридрих Артурович Цандер, Вернер фон Браун (реактивные и турбореактивные двигатели, начиная с 1930-х и заканчивая Лунной программой)

Первым, кто внедрил массово двигатели внутреннего сгорания — был легендарный Генри Форд, чьи автомобили до сих пор пользуются огромной популярностью. Он же первый выпустил книгу «Двигатель: его устройство и схема работы».

Конвейер Генри Форда

Генри Форд был первым, кто начал вычислять такой полезный коэффициент, как КПД двигателя внутреннего сгорания. Этот легендарный человек считается прародителем автомобилестроения, а также части авиапромышленности.

В современном мире, нашлось широкое применение ДВС. Они оснащаются не только в автомобили, но авиация, а благодаря простоте конструкции и обслуживания устанавливается на многие виды транспортных средств и как электрогенераторы переменного тока.

Повторно-кратковременный режим S3

3. Повторно-кратковременный режим S3 — когда кратковременные периоды работы двигателя t_р чередуются с периодами отключения двигателя (паузами) t_п, причем за период работы t_p превышение температуры не успевает достигнуть установившихся значений, а за время паузы части двигателя не успевают охладиться до температуры окружающей среды. Общее время работы двигателя в повторно-кратковременном режиме разделяется на периодически повторяющиеся циклы продолжительностью

При повторно-кратковременном режиме работы график нагревания двигателя имеет вид пилообразной кривой (рис. 2.11, г). При достижении двигателем установившегося значения температуры перегрева, соответствующего повторно-кратковременному режиму τ_уст.к, температура перегрева двигателя продолжает колебаться от τ_min до τ_max . При этом τ_уст.к меньше установившейся температуры перегрева, которая наступила бы, если режим работы двигателя был продолжительным (τ_уст.к < τ_уст). Примерами повторно-кратковременного режима являются работа электроприводов лифтов, подъемных кранов, экскаваторов и других устройств, для которых характерна цикличность (чередование периодов работы с паузами). При этом продолжительность цикла t_ц = t_р+t_п не должна превышать 10 мин.

Повторно-кратковременный режим характеризуется относительной продолжительностью включения, %,

ПВ = (tр/tц) *100

Действующим стандартом предусмотрены номинальные повторно-кратковременные режимы с ПВ 15, 25, 40 и 60 % (для продолжительного режима ПВ= 100 %). В условном обозначении повторно-кратковременного режима указывают величину ПВ, например, S3 — 40%.

При переводе двигателя из продолжительного режима (ПВ = 100%) в повторно-кратковременный режим мощность двигателя, по сравнению с его мощностью в продолжительном режиме, может быть увеличена: при ПВ = 60% на З0%, при ПВ = 40% на 60%, при ПВ = 25% — в 2 раза, при ПВ = 15 % — в 2,6 раза.

Рассмотренные три номинальных режима считаются основными. В каталогах на двигатели, предназначенные для работы в каком-либо из этих режимов, указаны номинальные данные, соответствующие режиму работы.

Помимо рассмотренных трех основных режимов, стандартом предусмотрены еще и дополнительные режимы:
повторно-кратковременный режим S4 с частыми пусками, с числом включений в час 30, 60, 120 или 240;

повторно-кратковременный режим S5 с частыми пусками и электрическим торможением в конце каждого цикла;

перемежающийся режим S6 с частыми реверсами и электрическим торможением;

перемежающийся режим S7 с частыми пусками, реверсами и электрическим торможением;

перемежающийся режим S8 с двумя и более разными частотами вращения.

Классификация электродвигателей

Включение обмотки
• БДПТ
  (Бесколлекторный двигатель + ЭП |+ ДПР)
• ВРД
  (Реактивный двигатель с ротором с явновыраженными полюсами и сосредоточенной обмоткой статора + ЭП |+ ДПР)

(многофазный)

(с контактными кольцами и щетками) –> 5 –>
• СДПМВ
• СДПМП
• Гибридный

1. Указанная категория не представляет отдельный класс электродвигателей, так как устройства, входящие в рассматриваемую категорию (БДПТ, ВРД), являются комбинацией бесколлекторного двигателя, электрического преобразователя (инвертора) и, в некоторых случаях, – датчика положения ротора. В данных устройствах электрический преобразователь, в виду его невысокой сложности и небольших габаритов, обычно интегрирован в электродвигатель.
2. Вентильный двигатель может быть определен как электрический двигатель, имеющий датчик положения ротора, управляющий полупроводниковым преобразователем, осуществляющим согласованную коммутацию обмотки якоря [5].
3. Вентильный электродвигатель постоянного тока – электродвигатель постоянного тока, вентильное коммутирующее устройство которого представляет собой инвертор, управляемый либо по положению ротора, либо по фазе напряжения на обмотки якоря, либо по положению магнитного поля [1].
4. Электродвигатели используемые в БДПТ и ВРД являются двигателями переменного тока, при этом за счет наличия в данных устройствах электрического преобразователя они подключаются к сети постоянного тока.
5. Шаговый двигатель не является отдельным классом двигателя. Конструктивно он представляет из себя СДПМ, СРД или гибридный СРД-ПМ.

• КДПТ – коллекторный двигатель постоянного тока
• БДПТ – бесколлекторный двигатель постоянного тока
• ЭП – электрический преобразователь
• ДПР – датчик положения ротора
• ВРД – вентильный реактивный двигатель
• АДКР – асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
• АДФР – асинхронный двигатель с фазным ротором
• СДОВ – синхронный двигатель с обмоткой возбуждения

• СДПМ – синхронный двигатель с постоянными магнитами
• СДПМП – синхронный двигатель c поверхностной установкой постоянных магнитов
• СДПМВ – синхронный двигатель со встроенными постоянными магнитами
• СРД – синхронный реактивный двигатель
• ПМ – постоянные магниты
• ЧП – частотный преобразователь

Холостой ход

Холостым ходом называют режим с мини­мальной частотой вращения коленчатого вала при нулевой нагрузке. Педаль газа в данном случае находится в свободном со­стоянии. Двигатель не развивает никакого крутящего момента, преодолевая лишь внутреннее трение. В некоторых изданиях вся область с нулевой нагрузкой называет­ся областью холостого хода. Наивысшая частота вращения коленчатого вала при нулевой нагрузке (т.е. частота, ограничива­емая регулятором) называется максималь­ной частотой вращения коленчатого вала на холостом ходу.

Разновидности

В современной промышленности и бытовых приборах синхронные электродвигатели используются для решения самых разнообразных задач. Как результат, существенно разнятся и их конструктивные особенности. На практике выделяют несколько критериев, по которым разделяются виды синхронных агрегатов. В соответствии с ГОСТ 16264.2-85 могут подразделяться по таким техническим характеристикам:

• питающему напряжению;
• частоте рабочего напряжения;
• количеству оборотов.

В зависимости от способа получения поля ротора выделяют такие типы синхронных электродвигателей:

• С обмоткой возбуждения на роторе – синхронизирующее усилие создается за счет подачи питания от преобразователя.
• С магнитным ротором – на валу устанавливается постоянный магнит, выполняющий те же функции, что и обмотка возбуждении, но без необходимости подпитки (см. рисунок 6).

С реактивным ротором — конструкция выполнена таким образом, что в его сердечнике происходит преломление магнитных линий, приводящее всю конструкцию в движение (см. рисунок 7). Под воздействием силового поля поперечные и продольные составляющие в роторе не равны за счет чего пластины поворачиваются вслед за полем.

Рис. 7. Пример реактивного ротора

В зависимости от наличия полюсов все синхронные электродвигатели можно подразделить на:

• явнополюсные – в конструкции четко видны обособленные полюса с обмотками, применяются для малых скоростей;
• неявнополюсные – полюс не выделяется, такие модели устанавливают для высоких скоростей;

В зависимости от расположения рабочих обмоток различают прямые (на статоре) и обращенные (рабочие обмотки на роторе).

Специальные электродвигатели

Серводвигатель

Общее устройство ДВС

1. Система впрыска.
2. Блок цилиндров.
3. Головка блока.
   .
4. Система смазки.
5. Система охлаждения.
6. Механизм выхлопа отработанных газов.
7. Электронную часть двигателя.

• Коленчатый вал — вращается в самом сердце блока цилиндров. Приводит в работу поршневую систему. Он купается в масле, поэтому расположен ближе к поддону картера.
• Поршневая система (поршни, шатуны, пальцы, втулки, вкладыши, бугеля и маслосъемные кольца).
• Головка блока цилиндров (клапаны, сальники, распределительный вал и другие элементы ГРМ).
• Масляный насос — циркулирует смазочную жидкость по системе.
• Водяной насос (помпа) — обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости.
• Комплект газораспределительного механизма (ремень, ролики, шкивы) — обеспечивает правильность тактности. Ни один двигатель внутреннего сгорания, принцип работы которого основан на тактах, не может без этого элемента.
• Свечи зажигания обеспечивают воспламенение смеси в камере сгорания.
• Впускной и выпускной коллектор — принцип действия их основан на впуске топливной смеси и выпуску отработанных газов.

Частичная нагрузка

Частичная нагрузка охватывает все обла­сти между нулевой и полной нагрузками. Двигатель выдает крутящий момент ме­жду нулевым значением и максимально возможными величинами.

Частичная нагрузка в режиме холостого хода

В этом особенном случае регулятор под­держивает частоту вращения холостого хода. Двигатель развивает крутящий мо­мент, величина которого может доходить до значения полной нагрузки.

Нижняя область частичных нагрузок

В данном рабочем диапазоне величины расхода топлива особенно благоприятны по сравнению с бензиновым двигателем. Стук, который отмечался на более ранних моделях, особенно на холодном двигате­ле, у дизелей с предварительным впры­ском топлива практически отсутствует.

Конечная температура сжатия — как описано в разделе «Пуск» — при низкой ча­стоте вращения коленчатого вала и неболь­шой нагрузке сравнительно мала. По сравнению с режимом полной нагрузки камера сгорания относительно холодная (даже на прогретом двигателе), так как тепловыделе­ние и вместе с этим повышение температу­ры невелики. Разогрев камеры сгорания происходит медленно. Особенно это касает­ся дизелей с вихревой камерон и с разделен­ными камерами сгорании, так как в этих случаях потери тепла особенно велики из- за большой поверхности теплоотвода.

При небольшой нагрузке и предвари­тельном впрыскивании топлива за один цикл в камеру сгорания подается несколь­ко кубических миллиметров топлива. В этом случае особенно высоки требования к точности задания момента начала впры­скивания. Так же, как и при пуске, наиболь­шая температура сгорания в режиме холо­стого хода возникает только вблизи ВМТ поршня. Момент начала впрыскивания должен определяться очень точно.

Во время фазы задержки воспламене­ния следует впрыскивать лишь неболь­шую часть цикловой подачи, так как мас­са топлива, находящегося в камере сгора­ния к моменту воспламенения, определя­ет скорость повышения давления в ци­линдре.

Шум сгорания непосредственно за­висит от степени повышения давления. Чем она выше, тем отчетливее проявля­ется шум. Предварительный впрыск около 1 мм’ топлива сводит задержку воспламенения основной доли цикловой подачи практически к нулю и тем самым существенно уменьшает шум сгорания (см. главу «Основы дизельного впрыски­вания»).

Способы пуска и схемы подключения

Для запуска синхронного электродвигателя требуется дополнительное поле, независимое от воздействия сети. В то же время, на стартовом этапе запуск представляет собой асинхронный процесс, пока агрегат не достигнет синхронной скорости.

Рис. 8. Схема пуска синхронного двигателя

При подаче напряжения на якорь возникает ток в его обмотках и генерация ЭДС в железе ротора, который обеспечивает асинхронное движение до того момента, пока не начнется питание обмоток возбуждения.

Еще одним распространенным вариантом пуска является использование дополнительных генераторов, которые могут располагаться на валу или устанавливаться отдельно. Такой метод обеспечивает дополнительное стартовое усилие за счет стороннего крутящего момента.

Рис. 9. Генераторный способ пуска синхронного двигателя

Как видите на рисунке 9, начальное вращение мотора М осуществляется за счет генератора G, который призван вывести устройство на подсинхронную скорость. Затем генератор выводится из рабочей цепи путем размыкания контактов КМ или автоматически при установке рабочих характеристик. Дальнейшее поддержание синхронного режима происходит за счет подачи постоянного напряжения в обмотку возбуждения.

Помимо этого на практике используется схема пуска с полупроводниковыми преобразователями. На рисунке 10 приведен способ тиристорного преобразователя и с установкой вращающихся выпрямителей.

Рис. 10. Тиристорная схема пуска синхронного двигателя

В первом случае запуск синхронного электродвигателя характеризуется нулевым напряжением от преобразователя UD. За счет ЭДС скольжения через стабилитроны VD осуществляется открытие тиристоров VS. В цепь обмотки возбуждения вводится резистор R, предназначенный для предотвращения пробоя изоляции. По мере разгона электродвигателя ЭДС скольжения пропорционально снизится и произойдет запирание стабилитронов VD, цепочка заблокируется, и обмотка возбуждения получит питание постоянным напряжением через UD.

Принудительный холостой ход

В принудительном режиме двигатель приводится трансмиссией (например, при движении под уклон).

Сравнение характеристик внешне коммутируемых электрических двигателей

Ниже представлены сравнительные характеристики внешне коммутируемых электродвигателей, в ракурсе применения в качестве тяговых электродвигателей в транспортных средствах.

Применение

Область применения синхронных электрических машин охватывает производство электрической энергии на электростанциях. По видам генераторы подразделяются на турбинные, дизельные и гидравлические, в зависимости от способа приведения их во вращение.

Также их используют в качестве электродвигателей, которые могут переносить существенные перегрузки в процессе эксплуатации. Такие двигатели устанавливаются на вентиляторах, компрессорах, силовых агрегатах и прочем оборудовании. Отдельная категория электродвигателей применяется в точном оборудовании, где важна синхронизация операций и процессов.

Принципы эксплуатации

Автомобильные двигатели эксплуатируются с разным ресурсом. Самые простые двигатели могут иметь технический ресурс 150000 км пробега при правильном техническом обслуживании. А вот некоторые современные дизельные двигатели, которые оснащаются на грузовики, могут выхаживать до 2 миллионов.

Устраивая конструкцию мотора, автопроизводители обычно делают упорство на надежность и технические характеристики силовых агрегатов. Учитывая современную тенденцию, многие автомобильные моторы рассчитаны на небольшой, но надежные срок эксплуатации.

Так, средняя эксплуатация силового агрегата легкового транспортного средства составляет 250 000 км пробега. А дальше, существует несколько вариантов: утилизация, контрактный двигатель или капитальный ремонт.

Преимущества и недостатки

К преимуществам такого электродвигателя следует отнести:

• высокий cosφ, приближающийся по величине к 1, что в значительной мере превосходит асинхронные электродвигатели;
• более высокая механическая прочность за счет особенностей конструкции электродвигателя;
• зависимость момента вращения от напряжения линейная, а не квадратичная, поэтому колебания электродвигателя пропорционально снижаются;
• на валу электродвигателя присутствует постоянная скорость, не зависящая от прикладываемой нагрузки;
• может применяться для уменьшения реактивной составляющей в сети.

Среди недостатков синхронных электродвигателей выделяют:

Нестационарный режим

Развиваемый двигателем крутящий мо­мент не соответствует требуемому. Часто­та вращения коленчатого вала изменяется.

Доработка моторов

Тюнинг — доработка двигателя внутреннего сгорания по увеличению некоторых показателей, таких как мощность, динами, расход или другое. Это движение набрало всемирную популярность в начале 2000-х годов. Многие автолюбители начали самостоятельно экспериментировать со своими силовыми агрегатами и выкладывать фотоинструкции в глобальную сеть.

Сейчас можно встретить массу информации по проведенным доработками. Конечно, не весь этот тюнинг одинаково хорошо влияет на состояние силового агрегата. Так, стоит понимать, что разгон мощности без полного анализа и тюнинга может «угробить» ДВС, а коэффициент износа при этом увеличивается в несколько раз.

На основании этого, прежде чем проводить тюнинг мотора стоит все тщательно проанализировать, дабы не «попасть» на новый силовой агрегат» или, что еще хуже, не попасть в аварию, которая может стать для многих первой и последней.

Переход между режимами

Работа двигателя может описываться по­лями характеристик. Если изменяются, например, нагрузка, частота вращения ко­ленчатого вала или положение педали газа, двигатель изменяет свое рабочее со­стояние (например, частоту вращения ко­ленчатого вала, крутящий момент и т. д.). Поле характеристик на рис. 5 «Пример характеристики цикловой подачи топлива в зависимости от частоты вращения коленчатого вала и положения педали газа» показывает пример того, как изменяется частота вра­щения, если усилие нажатия педали газа изменяется с 40% до 70%.

Рис. 5

В данном поле характеристик работа двигателя переходит из рабочей точки А через полную нагрузку (В-С) в новую ра­бочую точку L), соответствующую час­тичной нагрузке. Там потребная и отдан­ная двигателем мощность сравниваются. Частота вращения коленчатого вала по­высилась с величины n_A до величины n_D.