Система запуска двигателя автомобиля: электрический пуск ДВС. Электрический пуск двигателя


Система электрического пуска двигателя

В систему электрического пуска двигателя входят механические и электрические узлы, которые обеспечивают проворачивание двигателя при его пуске. В начале прошлого века двигатель проворачивали вручную, с помощью заводной рукоятки. В состав современных схем электрического пуска двигателя входят следующие компоненты:

Стартер

Стартер — это, обычно, электродвигатель мощностью от 0,5 до 2,6 л.с. (от 0,4 кВт до 2,0 кВт).

Рис. Пример типичного стартера с тяговым реле

Аккумуляторная батарея

Аккумуляторная батарея должна иметь необходимую емкость и быть заряженной, по крайней мере, на 75%, чтобы обеспечить ток и напряжение, необходимые для нормальной работы стартера.

Тяговое реле

Стартер потребляет большой пусковой ток, и в системе должны быть предусмотрены средства включения и выключения стартера. Для непосредственного включения и выключения стартера потребовался бы очень мощный выключатель. Вместо этого используется слаботочный переключатель (замок/выключатель зажигания), который управляет специальным реле, коммутирующим большой пусковой ток.

Механизм привода двигателя

Механический привод двигателя от стартера осуществляется с помощью небольшой шестерни, установленной на валу стартера, которая вводится в зацепление с зубчатым венцом, стоящим на маховике двигателя, и обеспечивает передачу крутящего момента со стартера на коленчатый вал двигателя, заставляя его вращаться.

Замок/выключатель зажигания

Замок/выключатель зажигания и блокировочные выключатели управляют работой стартера.

Блокировочный выключатель стартера (ПРИ ВКЛЮЧЕННОМ СЦЕПЛЕНИИ)

Этот выключатель блокирует включение стартера в случае, если переключатель скоростей не находится в положении парковки или на нейтрали, или педаль сцепления — отпущена.

Рис. Типичная схема электрического пуска двигателя. Обратите внимание на то, что в первый момент при повороте ключа зажигания в положение «пуск» напряжение подается одновременно и на втягивающую обмотку и на удерживающую обмотку тягового реле. Как только контактный диск электромагнита замыкает клеммы В и М, через обмотку стартера начинает течь ток от аккумуляторной батареи

Проследите, как ведет себя при пуске двигателя освещение салона

При диагностике причины нарушения нормального пуска двигателя откройте дверь автомобиля и проследите за тем, как изменяется яркость лампочек освещения салона.

Яркость свечения лампы освещения зависит от напряжения ее питания.

При нормальной работе стартера яркость освещение салона слегка уменьшается.

Если яркость освещения не изменяется, то причиной нарушения, обычно, является обрыв в цепи управления системой пуска.

Если освещение почти или полностью гаснет, то причиной нарушения, скорее всего, является короткое замыкание или пробой на массу обмоток возбуждения стартера или неисправность аккумуляторной батареи.

Не стучите по стартеру!

В прошлом нередко можно было наблюдать, как техник стучал по стартеру, пытаясь выяснить, почему он не работает. Часто под действием ударной нагрузки происходило выравнивание или смещение токосъемных щеток, ротора и вкладышей подшипников. Во многих случаях после удара по стартеру его работоспособность — пусть даже и ненадолго — восстанавливалась.

Но в конструкции большинства современных стартеров используются постоянные магниты, которые отличаются хрупкостью и при ударе по стартеру могут расколоться. Разбитый магнит распадается на несколько слабых магнитов. В ряде первых конструкций стартеров с постоянными магнитами, магниты приклеивались к корпусу статора. При сильном ударе по стартеру эти магниты разлетались на куски, которые, попав на ротор или в гнезда подшипников, приводили стартер в полную негодность.

ustroistvo-avtomobilya.ru

Система электрического пуска двигателя внутреннего сгорания: устройство и принцип работы

Система запуска двигателя автомобиля осуществляет первичное вращение коленчатого вала ДВС, в результате чего происходит воспламенение топливно-воздушной смеси в цилиндрах и силовой агрегат начинает работать самостоятельно.

Главной задачей системы пуска становится проворачивание коленвала, что позволяет поршню выполнить необходимое для воспламенения заряда сжатие смеси в цилиндрах. Затем горючее воспламеняется (от внешнего источника в бензиновых двигателях, от сильного сжатия и нагрева в дизельных).

Далее коленчатый вал начинает вращаться самостоятельно, то есть  двигатель запускается, обороты коленвала увеличиваются, вращение вала становится возможным благодаря преобразованию тепловой энергии сгорания топлива в механическую работу. Как только обороты коленвала достигают определенной частоты, происходит автоматическое отключение системы запуска.

В этой статье мы рассмотрим, как работает электрическая система пуска двигателя, из каких какие основных элементов она состоит, а также поговорим о том, какие еще бывают системы запуска ДВС, кроме электрических решений.

Система пуска двигателя: конструктивные особенности и принцип действия электрического запуска ДВС

Начнем с того, что на раннем этапе двигатели автомобиля запускались вручную. Для этого использовалась особая заводная рукоятка, которая вставлялась в специальное отверстие, после чего водитель самостоятельно проворачивал коленчатый вал.

В дальнейшем появилась система электрического пуска, которая в самом начале была не совсем надежной. По этой причине на многих моделях электрический пуск комбинировали с возможностью ручного запуска, что давало возможность запустить двигатель в случае возникновения проблем с электрозапуском. Затем от такой схемы полностью отказались, так как общая надежность электрических систем значительно возросла.

Итак, система запуска (часто называется стартерная система пуска двигателя) состоит из механических и электрических узлов и агрегатов. Как уже было сказано, главной задачей является проворачивание двигателя для запуска.

Основными элементами в схеме электрического пуска двигателя выступают:

  • стартерная цепь;
  • стартер;
  • аккумулятор;

В двух словах, стартерная цепь фактически является электроцепью, по которой электрический ток подается от АКБ к стартеру. В такую цепь входит провод, который соединяет аккумулятор и стартер, «масса» на кузов автомобиля, а также различные клеммы и соединения, по которым идет пусковой ток.

Что касается аккумулятора, основной задачей является обеспечение необходимого напряжения для работы стартера. Важно, чтобы АКБ имела нужную емкость и уровень заряда не ниже 70%, что позволяет стартеру прокручивать коленвал ДВС с необходимой для запуска частотой.

Стартер представляет собой электромотор. На валу стартера установлена шестерня, которая после подачи напряжения на стартер входит в зацепление с зубчатым венцом на маховике двигателя. Так реализована передача крутящего момента от стартера на коленвал двигателя.

Еще отметим, что стартер потребляет большой пусковой ток. При этом для включения и выключения стартера используется слаботочный переключатель, более известный как  замок зажигания. Данный элемент осуществляет управление специальным реле, а также блокировочными выключателями стартера (при наличии).

Вернемся к общему устройству элементов системы. Как уже говорилось, стартер с тяговым реле представляет собой электродвигатель постоянного тока. Стартер состоит из статора, который является корпусом, ротора (якорь), а также щеток со щеткодержателем, тягового реле и механизма привода.

Тяговое реле обеспечивает питание обмоток стартера, а также позволяет работать механизму привода. Указанное тяговое реле включает в себя обмотку, якорь, контактную пластину. Электрический ток подается на тяговое реле через специальные контактные болты.

Механизм привода нужен для передачи крутящего момента от стартера на коленвал. Основными элементами конструкции является рычаг привода или вилка, которая имеет поводковую муфту,  демпферная пружина, а также обгонная муфта и ведущая шестерня. Указанная шестерня входит в зацепление с зубчатым венцом маховика, который установлен на коленвалу. Замок зажигания после поворота ключа в положение «старт» отвечает за подачу постоянного тока от АКБ на тяговое реле стартера.

Принцип работы системы электрического запуска ДВС

Система  электрического запуска стоит на различных типах двигателей (двухтактные и четырехтактные, бензиновые, дизельные, роторно-поршневые, газовые и т.д.)

Общий принцип работы заключается в следующем:

После того, как водите

autoexpert.today

Системы пуска двигателя

Чтобы пустить двигатель внутреннего сгорания, вращение коленчатого вала необходимо довести до некоторой частоты, обеспечивающей смесеобразование, заполнение цилиндров свежим зарядом, сжатие и воспламенение смеси. При температуре воздуха выше 0 °С эта частота вращения для карбюраторных двигателей должна быть не менее 40…50 мин-1 а для дизелей — не менее 150…250 мин-1.

Пуск дизеля вспомогательным бензиновым двигателем используют на некоторых тракторных дизелях.

Для облегчения пуска дизеля жидкостные системы охлаждения пускового двигателя и дизеля взаимосвязаны, благодаря чему обеспечивается прогрев дизеля.

Пуск электрическим стартером — наиболее распространенный способ, пригодный для автомобильных, тракторных и пусковых двигателей. Схема системы пуска электрическим стартером показана на рисунке. Электрический стартер 3 питается от аккумуляторной батареи 1 током низкого напряжения. В период пуска шестерня 4 стартера входит в зацепление с зубчатым венцом 5 маховика двигателя. Передаточное число между шестерней стартера и венцом маховика подбирают с таким расчетом, чтобы сообщить коленчатому валу двигателя необходимую для пуска частоту вращения. Стартер включают на период пуска и выключают специальным механизмом сразу после того, как двигатель начнет работать.

Рисунок. Схема пуска электрическим стартером: 1 — аккумуляторная батарея; 2 — включатель; 3 — электрический стартер; 4 — шестерня стартера; 5 — зубчатый венец маховики двигателя

Система пуска дизелей с помощью двигателя надежна в любых температурных условиях, но обслуживание ее и операции при пуске сложнее, чем в случае пуска электрическим стартером.

Электрический стартер предназначен для пуска как карбюраторных двигателей, так и дизелей. На тракторах Т-16М, Т-25А, МТЗ-80, К-701 электрическим стартером запускают основные дизели, а на тракторах ДТ-75М, Т-150, Т-150К — пусковые двигатели.

Стартер представляет собой электродвигатель постоянного тока с механизмом привода и включателем. Стартеры выпускают с механическим и электромагнитным включением шестерни привода. Наиболее распространено электромагнитное включение.

ustroistvo-avtomobilya.ru

Способ электрического пуска двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в транспортных устройствах, в частности в электроприводах постоянного тока для пуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Способ электрического пуска ДВС с двумя электродвигателями постоянного тока независимого возбуждения, кинематически связанными между собой и с нагрузкой через дифференциал, заключается в том, что сначала устанавливают равные по величине токи возбуждения электродвигателей, подключают указанные электродвигатели к источнику питания, обеспечивая при вращающихся в разные стороны валах электродвигателей скорость на выходе механического дифференциала, равную нулю, увеличивают ток возбуждения первого электродвигателя до величины, соответствующей насыщению его магнитной системы, а ток возбуждения второго электродвигателя меняют на противоположный до величины, соответствующей насыщению его магнитной системы, также осуществляют аккумуляцию энергии установкой маховика на валу первого электродвигателя, ток возбуждения второго электродвигателя изменяют на противоположный, а ток возбуждения первого электродвигателя регулируют так, чтобы обеспечить изменение угловой скорости вращения вала двигателя внутреннего сгорания по заданному закону. Техническим результатом является повышение надежности пуска ДВС в холодное время года и снижение мощности автономного источника питания. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в транспортных устройствах, в частности в электроприводах постоянного тока для пуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

Обычно при пуске двигателя внутреннего сгорания его коленчатый вал раскручивают до скорости 9. . . 10 рад/с через открытую зубчатую пару от электродвигателя (ЭД) постоянного тока последовательного возбуждения, якорная цепь которого подключается к аккумуляторной батарее [1. Квайт СМ и др. Пусковые качества и системы пуска автотракторных двигателей /С.М. Квайт, Я. А. Менделевич, Ю.П. Чижков. - М.: Машиностроение, 1990, - с.188-205]. Эта простая схема вполне надежно работает в летних условиях, однако в зимнее время, когда с одной стороны резко возрастает момент статической нагрузки со стороны коленчатого вала, а с другой - заметно увеличивается внутреннее электрическое сопротивление батареи, надежность пуска ДВС резко падает. Например, у дизеля Д-170 трактора Т-130 при снижении температуры окружающего воздуха от +15 до -10 градусов момент прокрутки коленчатого вала увеличивается от 400 до 900 нм, а сопротивление аккумуляторной батареи - от 0,01 до 0,03 Ом. В результате стартер не может не только раскрутить коленчатый вал до пусковой скорости, но часто даже и провернуть его. Улучшают пусковые характеристики такого стартера увеличением числа элементов аккумуляторной батареи, что ухудшает его массогабаритные показатели. Известны электроинерционные схемы пуска ДВС [1, с. 170-173]. В них сначала отдельным ЭД разгоняют до высокой скорости маховик, который затем специальной фрикционной муфтой соединяют с коленчатым валом ДВС. Показатели схемы мало зависят от состояния аккумуляторной батареи, но большие потери скольжения в муфте, большое время подготовительных операций ограничивают применение этого способа. Известен способ регулирования скорости электропривода с двумя электрическими машинами постоянного тока независимого возбуждения, кинематически связанными между собой и с нагрузкой через дифференциал, заключающийся в том, что устанавливают равные по величине токи возбуждения электрических машин постоянного тока, подключают указанные машины к сети, обеспечивая на выходе дифференциала скорость, равную нулю, после чего увеличивают ток возбуждения одной электрической машины до величины, соответствующей насыщению магнитной системы С целью повышения КПД и надежности ток возбуждения второй электрической машины уменьшают до нуля, после чего значение его увеличивают до величины, соответствующей насыщению магнитной системы второй электрической машины [2]. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ регулирования скорости электропривода с двумя электродвигателями постоянного тока независимого возбуждения [3, дополнительное к 2], в котором с целью повышения точности регулирования и быстродействия, одновременно с изменением токов возбуждения электродвигателей регулируют токи в якорях этих электродвигателей, обеспечивая приращения токов с противоположными знаками. Недостаток указанного способа заключается в резком снижении надежности пуска двигателя внутреннего сгорания в зимнее время года. В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в снижении мощности автономного источника питания и повышении надежности пуска двигателя внутреннего сгорания в холодное время года путем увеличения крутящего момента на выходном валу привода, в частности на выходном валу механического дифференциала. Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе электрического пуска двигателя внутреннего сгорания с двумя электродвигателями постоянного тока независимого возбуждения, кинематически связанными между собой и с нагрузкой через дифференциал, заключающимся в том, что сначала устанавливают равные по величине токи возбуждения электродвигателей, подключают указанные электродвигатели к источнику питания, обеспечивая при вращающихся в разные стороны валах электродвигателей скорость на выходе механического дифференциала, равную нулю, после чего увеличивают ток возбуждения первого электродвигателя до величины, соответствующей насыщению его магнитной системы, а ток возбуждения второго электродвигателя изменяют на противоположный до величины, соответствующей насыщению его магнитной системы, согласно изобретению осуществляют аккумуляцию энергии установкой маховика на валу первого электродвигателя, ток возбуждения второго электродвигателя резко изменяют на противоположный, а ток возбуждения первого электродвигателя регулируют так, чтобы обеспечить изменение угловой скорости вращения вала двигателя внутреннего сгорания по заданному (например, трапецеидальному) закону. Предлагаемый способ относится к пуску ДВС электроприводом с двумя электродвигателями постоянного тока независимого возбуждения, якорные обмотки которых соединены последовательно и подключены к автономному источнику питания (например, к аккумуляторной батарее), а валы через механический дифференциал соединены с валом двигателя внутреннего сгорания, с двумя управляемыми возбудителями, подключенными выходными зажимами к обмоткам независимого возбуждения, а входными - к источнику напряжения задания. Особенность предлагаемого способа состоит в том, что в маховике, установленном на валу первого электродвигателя, аккумулируется (запасается) кинетическая энергия, которую при выбранном способе регулирования удается в дополнение к электрической энергии аккумуляторной батареи (автономный источник питания) направить на раскрутку коленчатого вала ДВС. При этом повышенный вращающий момент, развиваемый электроприводом, возникает благодаря тому, что дополнительная электродвижущая сила (ЭДС), создаваемая в якорной обмотке первого электродвигателя и действующая согласно с ЭДС аккумуляторной батареи, устанавливается по величине такой, что оказывается способной преодолеть ЭДС вращения второго электродвигателя и повышенное IR-падение напряжения в силовых цепях электрических машин. Кроме того, резкое изменение тока возбуждения второго электродвигателя на противоположный обеспечивает дополнительную ЭДС в якорной цепи первого электродвигателя, действующую согласно с источником питания, что позволяет получить повышенный вращающий момент для запуска ДВС. В результате повышенное значение требуемой механической мощности на валу ДВС в холодное время года достигается без увеличения суммарной мощности установленного электрооборудования. Таким образом, предлагаемый способ позволяет увеличить суммарную ЭДС источников питания в силовой цепи электропривода без увеличения числа элементов аккумуляторной батареи и повысить надежность пуска ДВС. Проведенное исследование патентной и научно-технической литературы аналогичных способов или устройств не выявило, поэтому заявитель и авторы считают, что предлагаемый способ характеризуется новизной. Предлагаемое техническое решение, по мнению заявителя и авторов, удовлетворяет критерию "изобретательский уровень", так как оно характеризуется новой совокупностью признаков, не известных из уровня техники. Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображены - на фиг.1 - принципиальная схема электропривода для осуществления способа; - на фиг.2 - графики одного из возможных законов изменения регулируемых переменных в электроприводе при пуске ДВС. Здесь обозначены n1, n2 и n3 - скорости вращения соответственно первого и второго электродвигателей и выходного вала редуктора; Ф1 и Ф2 - величины магнитных потоков, Е1 и Е2 - ЭДС, а Iя - ток якорной цепи указанных электродвигателей. Электропривод содержит два электродвигателя 1 и 2, якорные обмотки которых соединены последовательно и подключены на постоянное напряжение источника питания (например, аккумуляторную батарею, на чертеже не указан). Валы электродвигателей 1 и 2 через дифференциальный редуктор 3 механически связаны с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания 4. На валу электродвигателя 1 установлен дополнительно маховик 5. Обмотки 6 и 7 возбуждения электродвигателей соответственно 1 и 2 подключены к выходным зажимам управляемых возбудителей 8 и 9. Входные зажимы возбудителей 8 и 9 переключателем 10 могут подключаться к различным источникам управляющих напряжений: в верхнем положении переключателя 10 на вход возбудителя 8 подается постоянное напряжение +Uв, а на вход возбудителя 9 - равное по величине и противоположное по направлению напряжение -Uв. В нижнем положении переключателя 10 управляющий вход возбудителя 9 подсоединен к источнику постоянного напряжения управления +Uз, а управляющий вход возбудителя 8 подключен к источнику напряжения управления Uу, функцию которого в замкнутой системе регулирования может выполнять, например, регулятор 11 тока якорной цепи электродвигателей 1 и 2. На первый вход регулятора 11 тока подается входное напряжение Uвх, пропорциональное желаемой величине тока якорной цепи электродвигателей 1 и 2, а на второй вход этого регулятора подключается выход датчика 12 тока якорной цепи. Входные зажимы датчика 12 тока подключены к шунту 13, установленному в якорной цепи электродвигателей 1 и 2. Электропривод работает следующим образом. В исходном состоянии схемы с помощью возбудителей 8 и 9 устанавливают равнопротивоположные токи в обмотках 6 и 7 возбуждения. Подключением якорной цепи двигателей 1 и 2 к источнику питания +Uс (например, к аккумуляторной батарее) их разгоняют до скоростей холостого хода, равных по величине и противоположных по направлению. Вал электродвигателя 1 вращается в направлении "вперед", соответствующем вращению коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, вал электродвигателя 2 - в противоположном ("назад"), вал рабочего механизма 4 при этом остается неподвижным, в механической цепи привода включен дифференциал 3. Величины начальных значений скорости вращения электродвигателей 1 и 2 устанавливаются системой управления напряжениями +Uв и -Uв в зависимости от ожидаемого момента статической нагрузки на коленчатом валу. При пуске двигателя внутреннего сгорания переключатель 10 переводят во второе (нижнее на фиг.1) положение, благодаря чему вход возбудителя 9 переключается на напряжение +Uз, вход возбудителя 8 подключается к выходу регулятора тока 11, а на первый управляющий вход регулятора тока 11 подается напряжение Uвх. При этом система управления по-разному воздействует на обмотки возбуждения 6 и 7 двигателей 1 и 2 возбудитель 8 и обмотку 6 электродвигателя 1 она включает в прямой канал замкнутого по току якорной цепи контура регулирования тока якоря, а на выходе возбудителя 9 резко изменяет полярность напряжения, подаваемого на обмотку 7, и далее оставляет его постоянным, соответствующим направлению вращения электродвигателя 2 "вперед". Переходный процесс в электроприводе при пуске двигателя внутреннего сгорания содержит следующие участки. Сначала происходит интенсивное перемагничивание электродвигателя 2, а ток якорной цепи увеличивается от тока холостого хода электродвигателей 1 и 2 до тока, определяемого величиной уставки тока в системе управления, задаваемой напряжением Uвх. Затем ток возбуждения и магнитный поток электродвигателя 2 постоянны, ток якорной цепи электродвигателей поддерживается практически постоянным благодаря работе контура регулирования тока. Угловая скорость электродвигателя 2 изменяется сначала от отрицательного значения до нуля, а затем увеличивается в положительном направлении. Сначала напряжение источника питания больше, чем падение напряжения на активном суммарном сопротивлении последовательно включенных элементов якорной цепи при токе, который поддерживается контуром регулирования тока. Поэтому системой регулирования тока якоря устанавливается ЭДС электродвигателя 1, направленная встречно напряжению источника питания, а сам электродвигатель 1 работает в двигательном режиме. Когда скорость вращения электродвигателя 2 изменится так, что ЭДС источника питания будет недостаточна, чтобы преодолеть падение напряжения на активном сопротивлении звеньев якорной цепи и ЭДС электродвигателя 2, то контуру регулирования тока якоря приходится изменять знак тока возбуждения, магнитного потока и ЭДС электродвигателя 1, чтобы создать дополнительную ЭДС в якорной цепи, действующую согласно с источником питания и способную поддержать заданное системой 10 значение тока силовой цепи. Электродвигатель 1 при этом переходит в генераторный режим, его скорость начинает уменьшаться под суммарным действием моментов электромагнитного и статической нагрузки, а кинетическая энергия маховика 5 начинает разрежаться. Списанный переходный процесс продолжается до тех пор, пока или не произойдет пуск двигателя внутреннего сгорания, или пока не разредится энергия маховика (т.е. его скорость упадет почти до нуля), или не произойдет насыщение магнитной цепи электродвигателя 1, что при понизившейся его скорости вращения создаваемая им добавочная в якорной цепи ЭДС оказывается недостаточной для пропускания заданного якорного тока, в результате чего при очень больших моментах на валу коленчатого вала ДВС происходит снижение скоростей вращения обоих электродвигателей и, как следствие, скорости вращения коленчатого вала. Так как пуск ДВС происходит раньше, чем начнут проявляться описанные явления, то на фиг.2 изображен только рабочий отрезок переходного процесса, предшествующий запуску ДВС. Источники информации 1. Квайт С. М. и др. Пусковые качества и системы пуска автотракторных двигателей. / С.М. Квайт, Я.А. Менделевич, Ю.П. Чижов. - М.: Машиностроение, 1990, - с. 188-205. 2. А. с. 845254 СССР, МКИ Н 02 Р 5/50. Способ регулирования электропривода / Ю. С. Болотников, Р. И. Свердлов (СССР). - 2482121/24-07. Заявл. 03.05.77. Опубл. 07.07.81. Бюл. 25. 3. А. с. 1293815 СССР, МКИ Н 02 Р 5/50. Способ регулирования скорости электропривода / Ю.С. Усынин, В.А. Захаров, А.И. Чувашев (СССР). - 3908969/24-07. Заявл. 10.06.85. Опубл. 28.02.87. Бюл. 8.

Формула изобретения

Способ электрического пуска двигателя внутреннего сгорания с двумя электродвигателями постоянного тока независимого возбуждения, кинематически связанными между собой и с нагрузкой через дифференциал, заключающийся в том, что сначала устанавливают равные по величине токи возбуждения электродвигателей, подключают указанные электродвигатели к источнику питания, обеспечивая при вращающихся в разные стороны валах электродвигателей скорость на выходе механического дифференциала, равную нулю, после чего увеличивают ток возбуждения первого электродвигателя до величины, соответствующей насыщению его магнитной системы, а ток возбуждения второго электродвигателя изменяют на противоположный до величины, соответствующей насыщению его магнитной системы, отличающийся тем, что осуществляют аккумуляцию энергии установкой маховика на валу первого электродвигателя, ток возбуждения второго электродвигателя резко изменяют на противоположный, а ток возбуждения первого электродвигателя регулируют так, чтобы обеспечить изменение угловой скорости вращения вала двигателя внутреннего сгорания по заданному, например, трапецеидальному, закону.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

www.findpatent.ru

Система запуска двигателя автомобиля: электрический пуск ДВС

Система запуска двигателя автомобиля осуществляет первичное вращение

Начнем с того, что на раннем этапе двигатели автомобиля запускались вручную. Для этого использовалась особая заводная рукоятка, которая вставлялась в специальное отверстие, после чего водитель самостоятельно проворачивал коленчатый вал.

В дальнейшем появилась система электрического пуска, которая в самом начале была не совсем надежной. По этой причине на многих моделях электрический пуск комбинировали с возможностью ручного запуска, что давало возможность запустить двигатель в случае возникновения проблем с электрозапуском. Затем от такой схемы полностью отказались, так как общая надежность электрических систем значительно возросла.

Итак, система запуска (часто называется стартерная система пуска двигателя) состоит из механических и электрических узлов и агрегатов. Как уже было сказано, главной задачей является проворачивание двигателя для запуска.

Основными элементами в схеме электрического пуска двигателя выступают:

стартерная цепь;

В двух словах, стартерная цепь фактически является электроцепью, по которой электрический ток подается от АКБ к стартеру. В такую цепь входит провод, который соединяет аккумулятор и стартер, «масса» на кузов автомобиля, а также различные клеммы и соединения, по которым идет пусковой ток.

Что касается аккумулятора, основной задачей является обеспечение необходимого напряжения для работы стартера. Важно, чтобы АКБ имела нужную емкость и уровень заряда не ниже 70%, что позволяет стартеру прокручивать коленвал ДВС с необходимой для запуска частотой.

Стартер представляет собой электромотор. На валу стартера установлена шестерня, которая после подачи напряжения на стартер входит в зацепление с зубчатым венцом на маховике двигателя. Так реализована передача крутящего момента от стартера на коленвал двигателя.

Еще отметим, что стартер потребляет большой пусковой ток. При этом для включения и выключения стартера используется слаботочный переключатель, более известный как  замок зажигания. Данный элемент осуществляет управление специальным реле, а также блокировочными выключателями стартера (при наличии).

Вернемся к общему устройству элементов системы. Как уже говорилось, стартер с тяговым реле представляет собой электродвигатель постоянного тока. Стартер состоит из статора, который является корпусом, ротора (якорь), а также щеток со щеткодержателем, тягового реле и механизма привода.

Тяговое реле обеспечивает питание обмоток стартера, а также позволяет работать механизму привода. Указанное тяговое реле включает в себя обмотку, якорь, контактную пластину. Электрический ток подается на тяговое реле через специальные контактные болты.

Механизм привода нужен для передачи крутящего момента от стартера на коленвал. Основными элементами конструкции является рычаг привода или вилка, которая имеет поводковую муфту,  демпферная пружина, а также обгонная муфта и ведущая шестерня. Указанная шестерня входит в зацепление с зубчатым венцом маховика, который установлен на коленвалу. Замок зажигания после поворота ключа в положение «старт» отвечает за подачу постоянного тока от АКБ на тяговое реле стартера.

Принцип работы системы электрического запуска ДВС

Система  электрического запуска стоит на различных типах двигателей (двухтактные и четырехтактные, бензиновые, дизельные, роторно-поршневые, газовые и т.д.)

Общий принцип работы заключается в следующем:

После того, как водитель поворачивает ключ в замке зажигания, электрический ток от АКБ подается на контакты тягового реле (на втягивающее стартера). В то время, когда ток начинает проходить по обмоткам тягового реле, осуществляется втягивание якоря. Указанный якорь перемещает рычаг механизма привода, в результате осуществляется зацепление ведущей шестерни и зубчатого венца маховика.

Параллельно якорь замыкает контакты реле, благодаря чему реализуется питание электрическим током обмоток статора и якоря. Это позволяет стартеру вращаться, передавая крутящий момент на коленчатый вал.

После запуска двигателя обороты коленвала увеличиваются. В этот момент срабатывает обгонная муфта, отсоединяющая стартер от двигателя, при этом стартер еще продолжает свое вращение. Затем при помощи возвратной пружины тягового реле происходит обратное перемещение якоря. Это позволяет вернуть механизм привода в обратное положение.

Кстати, если говорить о различных штатных блокировках стартера при запуске двигателя, такие решения встречаются, однако не на всех моделях авто. Основной задачей является повышение комфорта эксплуатации и безопасности. Если просто, стартер не будет работать, пока водитель не выжмет сцепление или не включит нейтральную передачу перед запуском двигателя.

Рекомендуем также прочитать статью о том,

Система воздушного пуска является еще одним решением, которое позволяет прокручивать коленчатый вал ДВС.  Для запуска мотора используется сжатый воздух. При этом такое пневматическое оборудование, как правило, на автомобилях и другой технике не используется, однако пусковые системы данного типа можно встретить на стационарных двигателях внутреннего сгорания.

Если говорить о конструкции, устройство системы воздушного пуска двигателя предполагает наличие следующих элементов:

воздушный баллон;

Принцип работы системы воздушного запуска ДВС основан на том, что сжатый в воздушном баллоне воздух под давлением подается в коробку-распределитель, далее проходит через фильтры в редуктор и поступает к электропневмоклапану.

Далее необходимо нажать кнопку «пуск», после чего клапан открывается, затем воздух из воздухораспределителя проходит через пусковые клапаны и попадает в цилиндры двигателя, создавая давление и раскручивая коленвал. Когда обороты достигают нужной частоты, двигатель запускается.

Добавим, что такие силовые установки дополнительно оснащены электрической системой пуска от стартера, что позволяет завести агрегат в том случае, если с воздушным пуском, который является основным способом, имеются какие-либо проблемы или произошла поломка.

Советы и рекомендации

Необходимо учитывать, что  электрическая система пуска двигателей обычно предполагает то, что мощность АКБ и стартера будут практически одинаковыми. Это значит, что напряжение аккумулятора в значительной степени меняется с учетом того тока, который потребляет стартер.

Простыми словами, на эффективность и легкость запуска ДВС сильно влияет общее состояние АКБ, температура аккумулятора, уровень заряда, а также исправность стартера и стартерной цепи. Диагностировать некоторые проблемы на раннем этапе позволяют такие признаки, как явное затухание габаритов и подсветки панели приборов в момент пуска двигателя.

Как известно, яркость ламп зависит от напряжения в бортовой сети. При этом нормально работающая система пуска не должна сильно «просаживать» напряжение. Отметим, что в норме допускается снижение яркости приборной панели и, в ряде случаев, перезапуск магнитолы, однако яркость не должна сильно понижаться.

Если же яркость освещения не меняется, при этом коленвал также не крутится, зачастую уместно говорить об обрыве в цепи. Если стартер крутит медленно и освещение практически гаснет, тогда проблемы могут быть как с самим стартером (например, подклинивание), так и с электроцепями или АКБ.

Еще отметим, что в случае проблем с запуском, которые связаны со стартером, некоторые водители привыкли стучать по данному устройству. Дело в том, что такие постукивания на старых моделях стартеров (например, на «классике» ВАЗ) в некоторых случаях позволяли сместить щетки стартера, ротора и т.д. В результате удавалось на короткое время восстановить работоспособность устройства.

При этом важно понимать, что современные стартеры в своем устройстве имеют постоянные магниты. Указанный магниты весьма хрупкие, то есть после удара по стартеру происходит их раскалывание.

В конечном итоге цельный магнит разрушается. Более того, такие магниты на некоторых моделях стартеров могут быть просто приклеены к корпусу.  Соответственно, если ударять по корпусу сильно, отколовшиеся части магнита попадают на ротор или в область установки подшипников, полностью выводя стартер из строя.

Магнитола отключается при заводке двигателя: причины…

drive.autogear.ru

краткий обзор существующих методов понижения пускового тока

Пуск двигателя постоянного тока имеет ряд отличительных особенностей.

Объясняется это большим значением пускового тока, которое необходимо предварительно ограничить.

Если этого не сделать, то может повредиться внутренняя цепь обмотки якоря.

Существует несколько способов запуска: прямой, реостатный и метод плавного повышения питающего напряжения.

Что происходит при пуске двигателя

По мере нарастания токовой нагрузки на обмотке статора увеличивается крутящий момент электродвигателя, который через вал передается на его подвижную часть – ротор. Чем быстрее возрастает крутящий момент, тем сильнее разогревается обмотка статора.

Это явление может привести к:
  • выходу из строя изоляции;
  • возникновению вибраций;
  • деформации механических частей двигателя;
  • полному выходу из строя мотора.

Большой ток может вызвать бурное искрение под щетками, что приведет к выходу из строя коллектора.

Избежать поломки можно, понизив пусковой ток до номинальной частоты вращения сразу после старта электромотора. Добиться этого можно несколькими способами. Выбор оптимального варианта зависит от технических характеристик мотора и его назначения.

Прямой пуск

Данный метод основан на прямом подключении якорной обмотки к электрической сети при номинальном напряжении двигателя. Прямой пуск можно применять только в случае наличия стабильного питания мотора, жестко связанного с приводом.

Этот способ является одним из самых простых. Температура при прямом пуске повышается, по сравнению с прочими способами, незначительно.

Схема прямого пуска

Метод прямого пуска наиболее предпочтителен при отсутствии специальных ограничений на ток, поступающий от электросети.

Если электродвигатель работает в режиме частых запусков и отключений, его необходимо снабдить простейшим оборудованием. Его роль может выполнять расцепитель с ручным управлением. Напряжение в этом случае подается на клеммы электромотора.

Прямой пуск можно применять только на маломощных двигателях, поскольку пик нагрузки а крупных моделях может превышать номинальную нагрузку в 50 раз.

Реостатный пуск

Метод пригоден для запуска оборудования большой мощности. Процесс осуществляется следующим образом:

  1. Из провода, разделенного на секции и имеющего высокое удельное сопротивление, изготавливается реостат.
  2. Устанавливается ток возбуждения на уровне номинального значения.
  3. Во время запуска последовательно уменьшается сопротивление реостата, исключая таким образом скачки электрического тока.

Включение в схему реостата обеспечивает безопасность запуска двигателей самой высокой мощности.

Реостатный пуск

При реостатном пуске разгон двигателя происходит постепенно с постоянным ускорением. Количество ступеней реостата зависит от требований к плавности запуска мотора и разности

Imax – Imin.

Значения их сопротивлений определяется расчетом. В среднем пусковые реостаты имеют 2-7 ступеней.

Главная задача проектировщика – обеспечить одинаковое значение максимального и минимального тока на всех ступенях при их переключении в заданных временных интервалах.

Процесс переключения пускового реостата практически не поддается автоматизации. Если это необходимо (например, в автоматизированных установках), применяются пусковые сопротивления, поочередно шунтируемые контактами контакторов, работающих автоматически.

Как только двигатель войдет в рабочий режим, сопротивление реостата необходимо полностью вывести, поскольку рассчитывается оно только на кратковременную работу. Если ток будет проходить через реостат длительное время, он просто выйдет из строя.

Уменьшается сопротивление тоже ступенчато.

Пуск путем плавного повышения питающего напряжения

В обмотках двигателей насосов, конвейеров, воздуходувок в момент запуска возникают повышенные токи, превышающие их номинальное значение в 6 раз. Это явление отрицательно сказывается на составных частях мотора, снижая их долговечность. Поэтому в электрооборудовании мощностью свыше 1 кВт используют плавный пуск.

Смысл данного способа заключается в следующем: питающее напряжение повышается постепенно до тех пор, пока двигатель не выйдет на рабочий режим. Регулировка производится при помощи тиристоров или симисторов. Они располагаются «спина к спине» и устанавливаются на каждой из питающих линий переменного тока.

Устройство плавного пуска

Приводятся в действие тиристоры на начальном этапе, причем их включают последовательно с небольшой задержкой для каждого полупериода. Такая схема работы способствует эффективному наращиванию напряжения (среднего переменного) на электродвигателе вплоть до его выхода на номинальное напряжение электросети.

Как только мотор достигнет номинальной скорости вращения, его можно переключить напрямую по схеме байпас.

Управление большими двигателями осуществляется посредством установок плавного пуска или частотных преобразователей.

Но эти устройства с успехом заменяют:

  • выключателями;
  • разъединителями полного напряжения.

Последний подает полное напряжение на клеммы электродвигателя (принцип прямого пуска). Но такая схема возможна только на маломощных электроустановках.

Способ плавного пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Существуют и другие мягкие пускатели, обеспечивающие плавную остановку двигателя. Они необходимы в устройствах, которые при резком снижении скорости вращения могут привести к их поломке или нарушениям разного характера. В качестве примера можно привести насос, быстрая остановка которого вызовет возникновение гидроудара в системе. Нежелательна резкая остановка конвейерных лент, в результате которой полотно может выйти из строя.

Плавный останов осуществляется по такому же принципу, что и плавный пуск — с использованием силовых полупроводников.

Особенности плавного пуска трехфазных двигателей

На электродвигателях данного типа применяется мягкий пуск «звезда-треугольник». Схема работает следующим образом:

  • изначально обмотки мотора соединены звездой;
  • при выходе двигателя на заданные параметры они переключаются в соединение треугольником.

Система управления трёхфазным двигателем (инвертор)

В схему устройства входят:

  • контакторы на каждую фазу;
  • таймера, задающего интервал времени;
  • реле перегрузки.

Такой способ позволяет держать пусковой ток на уровне 30% от его значения при прямом пуске. Соответственно, и крутящий момент ниже – не более 25%.

Применять метод «звезда-треугольник» можно только при наличии нагрузки на двигателе в момент его пуска.

Но чрезмерно нагруженное электрооборудование разогнать до номинальной скорости не удастся из-за недостаточного крутящего момента.

Устройства плавного могут играть роль регулятора напряжения электродвигателя, если в схеме присутствует соответствующий контроллер. Его задача – отслеживать коэффициент мощности мотора. Зависит он от нагрузки: при ее небольшом значении контроллер понизит напряжение и ток электродвигателя.

Пуск при пониженном напряжении цепи якоря

Ограничить пусковой ток можно, задействовав управляемый выпрямитель или отдельный генератор постоянного тока.

Обмотка возбуждения питается от другого источника с полным напряжением, обеспечивающим полный пусковой ток.

Такой способ используется для запуска мощных двигателей с регулируемой скоростью вращения.

Реверсирование (изменение направления вращения) выполняется путем изменения направления тока в обмотке возбуждения или якоре.

proprovoda.ru

29 Электрический пуск теплового двигателя » СтудИзба

Электрический пуск теплового двигателя

Для пуска дизеля необходимо привести во вращение коленчатый вал до некоторой угловой скорости, при которой происходит воспламенение топлива от сжатия воздуха в цилиндрах. Пуск дизеля может осуществляться сжатым воздухом, но для этого необходимо иметь достаточный запас его. На большинстве тепловозов применяется электрический пуск дизеля от аккумуляторной бата реи. При электрической передаче в качестве стартерного двигателя используется чаще всего тяговый генератор. При гидравлической, механической и других передачах для этой цели, как правило, используется специальный пусковой двигатель (стартер).

В большинстве случаев на главных полюсах тягового генератора предусматривается специальная пусковая об мотка П (рис. 10.1), не включаемая в цепь тяговых электродвигателей. Генератор присоединяется к аккумуляторной батарее двумя электромагнитными контакторами К1 и К2 и при этом обмотка П включается в цепь тока последовательно с якорем. Таким образом, тяговый генератор при пуске работает как электродвигатель последовательного возбуждения. Цепь обмотки не зависимого возбуждения при этом должна быть разомкнута. Тяговые электродвигатели при пуске дизеля должны быть отключены от аккумуляторной батареи, иначе возможен опасный для батареи толчок тока и, кроме того, тепловоз может сдвинуться с места преждевременно.

Последовательное возбуждение тягового генератора является наиболее рациональным, так как при большом начальном толчке тока магнитный поток быстро возрастает, крутящий момент М достигает высоких значений, что  обеспечивает надежное преодоление начального момента сопротивления на валу дизеля и быстрое ускорение его. Начальный момент Мс сопротивления дизеля, не работавшего в течение некоторого времени, может быть значительно больше, чем при вращении вала, в связи с тем, что слой смазочного масла в подшипниках поршнях и т. п. может быть либо застывшим, либо недостаточным (рис. 10.2). Большое ускорение в начальный момент уменьшает толчок тока, так как прежде, чем ток достигает установившегося значения, в генераторе появляется противо-ЭДС, вследствие чего ток начинает снижаться.

 По мере увеличения угловой скорости вала ток генератора снижается. При последовательном возбуждении генератора это вызывает автоматическое уменьшение магнитного потока, что также необходимо для повышения угловой скорости.

Как известно, электродвигатель последовательного возбуждения не может без реверсирования одной из обмоток перейти на генераторный режим, как бы ни увеличивалась его скорость. Это очень важно при пуске дизеля, так как после воспламенения топлива в цилиндрах скорость вала дизеля быстро увеличивается в 2…3 раза по сравнению со скоростью, при которой начинается воспламенение. Автоматический переход на генераторный режим может вызвать опасный толчок зарядного тока батареи.

Поэтому, несмотря на усложнение конструкции генератора вследствие добавления пусковой обмотки, эта схема пуска является наиболее распространенной. Пусковая обмотка имеет мало витков и вследствие кратковременного режима (пуск занимает несколько секунд) выполняется с относительно малым сечением, так что занимает лишь малую часть обмоточного пространства.

Момент сопротивления дизеля при воспламенении топлива относительно вала зависит от угловой скорости и существенно от температуры самого дизеля, смазочного масла, топлива, воды и т. п. Он приблизительно равен МС= (0, 15—0,35)Мм ном.

Более высокие значения момента сопротивления относятся к низким температурам.–

Скорость, при которой происходит воспламенение топлива цилиндрах, также определяется состоянием дизеля, но в меньшей степени: пд= (0,1…0,15) пд ном

Как видно из приведенных данных, мощность при пуске составляет малую долю номинальной мощности тягового генератора. для аккумуляторной батареи пуск является весьма тяжелым режимом работы главным образом по току (рис. 10.2). После подключения аккумуляторной батареи ток быстро вырастает до Iг макс, затем, по мере увеличения угловой скорости и противо-ЭДС генератора, падает. Более быстрое изменение угловой скорости происходит после воспламенения топлива в одном из цилиндров. Ток Iг1 начала воспламенения приблизительно соответствует требуемому моменту сопротивления МС0 Количество витков пусковой обмотки должно быть выбрано так, чтобы угловая скорость дизель-генератора при моменте, полученном при неблагоприятных условиях пуска., соответствовала неравенству

,

где Rг – сопротивление цепи якоря генератора, включая. сопротивление пусковой обмотки и проводов между генератором и батареей; Uщ – падение напряжения на щетках; Ег – определяется по нагрузочной характеристике генератора для тока Iг1.

Так как магнитная цепь генератора при пуске обычно мало насыщена, величина Ег приблизительно пропорциональна току и количеству витков пусковой обмотки.

Аккумуляторная батарея должна быть также проверена по наибольшему току Iг макс. Вследствие падения напряжения батареи и большого ускорения дизель-генератора максимальный ток существенно меньше расчетной величины, получаемой при делении на напряжения батареи на сумму сопротивлений цепи, и его определение расчетными путём затруднительно. По опытным данным пуска различных дизелей Iг макс≈(2,5…3)Iг0≈1500…2000 А.

Тяжелые условия работы аккумуляторной батареи заставляют выбирать ее не по емкости, большая величина которой не требуется и по пуску (при пуске расходуется 2—5 А∙ч), ни по вспомогательным нагрузкам, а по допустимому толчку тока. На тепловозах устанавливаются кислотные или щелочные аккумуляторные батареи и с напряжением 60…64 в и емкостью 450 А∙ч.

Пуск газотурбинной установки. Пуск газотурбинной установки требует большей мощности и является более продолжительным, чем пуск дизеля. Момент сопротивления компрессора составляет значительную часть крутящего момента турбины, а скорость, до которой не обходимо довести вал ГТУ в процессе пуска, значительно выше, чем у дизеля. Высокие ускорения в процессе пуска опасны для лопаток, и в схемах пуска предусматриваются устройства ограничивающие ускорение. Мощность пусковых двигателей составляет 3…7% номинальной мощности, причем бόльшие значения соответствуют ГТУ со свободной тяговой турбиной.

Аккумуляторные батареи непосредственно для пуска ГТУ используются редко, так как они получаются при этом чрезмерно громоздкими. Чаще применяют дизель или турбину небольшой мощности, используемые также для привода вспомогательных машин.

В газотурбовозах с электрической передачей в качестве пускового двигателя применяется тяговый генератор, если он приводится от турбокомпрессора, или его возбудитель, который в этом случае должен быть рассчитан также и на режим пуска ГТУ. Питание генератора G1 (или возбудителя) (рис. 10.3) осуществляется от вспомогательного дизель-генератора ВДВС. Так же, как для пуска дизеля, у генератора (возбудителя) предусматривается последовательная пусковая обмотка LG1, которая включается в цепь пуска ГТУ при замыкании контакторов К1 и К2.

Для облегчения условий пуска вначале подается в камеры сгорания более легко воспламеняющееся топливо (газойль, дизельное топливо), которое после начального разгона, создания устойчивого факела пламени и достаточного давления в камерах сгорания автоматически заменяется рабочим тяжелым топливом (мазут, дистилляты и т. п.). Нередко вспомогательный дизель-генератор используется также для маневровых перемещений газотурбовоза на станциях и в депо при остановленной ГТУ.

studizba.com