Андрей Смирнов
Время чтения: ~16 мин.
Просмотров: 0

Система дистанционного запуска двигателя: вы думаете, завести мотор проще простого?

Предпусковой подогреватель

Основная статья: Предпусковой подогреватель

Для облегчения пуска при минусовой температуре, а также для предотвращения замерзания охлаждающей жидкости (особенно воды) на длительной стоянке на двигатель может быть установлен предпусковой подогреватель. Тепловая мощность его, как правило, единицы киловатт, что позволяет за разумное время (порядка получаса) довести температуру блока перед пуском до близкой к рабочей. Чаще всего представляет собой включенный в систему охлаждения автономный автоматизированный котёл с горелкой на том же топливе, что и сам двигатель; на стоянке играет ещё и роль автономного отопителя. Может также быть электрическим — отдельным или встроенным непосредственно в блок цилиндров (в последнем случае не нужен дополнительный циркуляционный насос), с питанием от внешней электросети. Известен вариант с теплообменником, получающим тепло, в том числе бросовое низкотемпературное, от централизованной отопительной или паровой системы предприятия. У предварительно подогретого двигателя не только облегчается пуск, но и радикально уменьшается пусковой износ (за счёт исключения конденсации топлива на стенках цилиндров и работы системы смазки сразу с маслом нормальной температуры и вязкости), что в северных условиях решающим образом сказывается на долговечности двигателя, и даже в умеренном климате вполне может оправдать затраты на установку и питание подогревателя. Следует иметь в виду, что автоматика автономного котла потребляет от аккумулятора мощность порядка 10-30 ватт — это может оказаться критичным при долгой работе на стоянке.

Системы возбуждения

До недавнего времени, для возбуждения применялся генератор независимого возбуждения. Он располагался на одном валу с синхронным электродвигателем. Такая схема еще применяется на некоторых предприятиях, но она устарела и теперь не применяется. Сейчас для регулировки возбуждения используются тиристорные возбудители ВТЕ.

Они обеспечивают:

  • оптимальный режим пуска синхронного двигателя;
  • поддержание заданного тока возбуждения в заданных пределах;
  • автоматическое регулирование напряжения возбуждения в зависимости от нагрузки;
  • ограничение максимального и минимального тока возбуждения;
  • мгновенное увеличение тока возбуждения при понижении питающего напряжения;
  • гашение поля ротора при отключении от питающей сети;
  • контроль состояния изоляции, с оповещением о неисправности;
  • обеспечивают проверку состояния обмотки возбуждения при неработающем электродвигателе;
  • работают с высоковольтным преобразователем частоты, обеспечивая асинхронный и синхронный запуск.

Эти устройства отличаются высокой надежностью. Основным недостатком является высокая цена.

В заключение отметим, что самый распространенный способ пуска синхронных двигателей — это асинхронный запуск. Практически не нашел применения пуск с помощью дополнительного электродвигателя. В то же время частотный запуск, который позволяет в автоматическом режиме решить проблемы пуска, довольно дорогостоящий.

Материалы по теме:

  • Как выбрать частотный преобразователь
  • Плавное включение ламп накаливания
  • Как устроен асинхронный двигатель

Опубликовано:
15.07.2019
Обновлено: 15.07.2019

1.Устройство системы пуска двигателя

В обычной системе пуска двигателя можно выделить три основных механизма

  1. Электромотор – создает вращающий момент.
  2. Система привода – передает вращение на двигатель.
  3. Электромагнитный включатель – приводит ведущую шестерню стартера в зацепление с ободом маховика, а также дает электрический ток в электромотор.

Рассмотрим электромотор системы пуска, создающий вращающий момент. Корпус электромотора выполнен из стали и имеет внешний вид цилиндра. Внутри корпуса имеются обмотки возбуждения, намотанные вокруг сердечников, прикрепленных к корпусу. Эти обмотки выполнены из толстой токопроводящей проволоки, способной выдержать сильный электрический ток. Обмотки генерируют электромагнитное поле, способное вращать якорь стартера. Одним из элементов якоря является сердечник, с канавками вдоль которого располагаются витки обмоток якоря. Оба конца каждой обмотки подключены к коллектору. Вращающие моменты, создаваемые каждой из обмоток, складываются, чтобы можно было вращать якорь, точнее вал якоря. Если посмотреть на стартер со стороны коллектора, то на якоре видно щеткодержатель.

Якорь стартера  состоит из вала, сердечника с пазами на которые устанавливается обмотка стартера. Для подробного изучения предлагаю воспользоваться схемой устройства якоря стартера.
Втягивающее реле  служит для подачи тока на мотор стартера и вводит бендикс в зацепление с маховиком для запуска двигателя. Устройство втягивающего реле, неисправности тягового реле. Как определить неисправности втягивающего реле?

Рассмотрим, как устроен щеткодержатель в щеткодержателе объединены 4 щетки, прижимаемые к коллектору. Две из четырех щеток находятся в изолированных оправках и соединены с обмотками якоря и далее через коллектор с обмотками возбуждения. Те и другие заземлены на корпус.

«Экзотические» способы

Direct Start (непосредственный запуск)

Немецкая фирма BOSCH опубликовала в 2000 году результаты экспериментов по исследованию возможности прямого (без внешнего прокручивания) запуска бензинового двигателя с непосредственным впрыском топлива. Суть заключается в следующем: в неработающем двигателе с 4 и более цилиндрами в одном из цилиндров поршень стоит в положении, соответствующем рабочему ходу. Зная положение коленчатого вала, можно рассчитать объём воздуха в этом цилиндре, впрыснуть туда необходимую дозу топлива и поджечь его искрой. Поршень начнёт двигаться, вращая коленчатый вал. Далее процесс развивается лавинообразно и двигатель запускается. Эксперимент был признан удачным, но, как заявляет руководство фирмы BOSCH, до применения Direct Start на серийных автомобилях ещё далеко. По крайней мере, по состоянию на 2016 год информации о практическом применении Direct Start нет.

Подобную систему запуска имели некоторые двигатели начала XX века: вначале двигатель проворачивался вручную до наполнения одного из цилиндров горючей смесью, затем подавался импульс искрового зажигания, и при удачном стечении обстоятельств двигатель начинал работать Самозапуск был возможен и в нефтяных двигателях: если в процессе нагрева калоризатора в цилиндре была свежая смесь, то после её вспышки двигатель, как правило, запускался, правда направление запуска было малопредсказуемым.Система остановки и перезапуска двигателя в холостом режиме i-stop от Mazda, как и другие подобные системы позволяют сэкономить приблизительно 10% топлива за счет остановки двигателя автомобиля в режиме холостого хода. Но, в отличие от других систем, использующих стартер для перезапуска двигателя, система i-stop осуществляет перезапуск двигателя методом впрыска в один из цилиндров топливной смеси и дальнейшего ее поджига. Но, что интересно, стартер всё равно принимает участие в пуске двигателя, хоть на него и не ложится основная нагрузка. И хотя обороты двигателя в момент пуска поддерживаются стартерным мотором, специфика i-stop здесь состоит как раз в том, что двигатель работает почти полностью на энергии вспышки. Стартер просто помогает произвести пуск и «докручивает».

Пиростартёр

Для запуска двигателя могут применяться газы от пиропатрона. Первоначальный вариант, известный с начала XX века на стационарных моторах и тракторах, предусматривал подачу пороховых газов прямо в цилиндр поршневого двигателя, причём патрон мог воспламеняться ударом обыкновенного молотка. Более поздняя конструкция, появившаяся в 1930-х годах в авиации, представляла собой поршень, приводимый в движение пороховыми газами, при поступательном движении через винтовой валик проворачивавший торцевой храповик двигателя (т. н. Coffman starter<span title=»Статья «Пиростартёр типа Коффман» в русском разделе отсутствует»>ru</span>en). Пиростартёр до сих обязателен для двигателей спасательных шлюпок, так как в экстремальной ситуации на её борту может не оказаться других источников энергии для запуска. Встречаются пиростартёры и на некоторых двигателях для снегоходов.

Схема обмотки якоря стартера:

1 –изоляция паза; 2 – провод ПММ.

Крепление якоря стартера

Якорь стартера крепится при помощи втулок подшипников в передней и задней крышке стартера.

Ремонт якоря стартера своими руками

Причины неисправности якоря стартера двигателя

Прежде, чем приступать к ремонту якоря стартера следует проверить якорь стартера на биение вала, что можно провести на специальном стенде. Визуально осмотрите вал якоря на предмет дефектов, целостности обмотки и изоляции.

Характеристики исправного якоря стартера

Биение валаякоря стартера в пределах 0,08 мм.

Сопротивление изоляции якоря стартера в пределах: 10 кОм.

Вспомогательный двигатель внутреннего сгорания (пусковой двигатель, «пускач»)

Пусковой двигатель ПД-10 на тракторе ДТ-541 — картер «пускача»2 — цилиндр и рубашка водяного охлаждения3 — маховик и ручей, на который наматывается верёвка, за которую дёргают при запуске.

Главный двигатель запускается другим двигателем внутреннего сгорания, меньшей мощности (так называемый «пускач»); такой способ используется на многих тракторах. Пусковой двигатель обычно карбюраторный двухтактный, его мощность составляет примерно 10 % от мощности основного двигателя. Несмотря на «архаичность» и некоторые неудобства, это обеспечивает надёжный запуск в любых условиях. Трактор или агрегат может эксплуатироваться вдали от населённых пунктов, где нет возможности контролировать состояние аккумулятора. Пусковой двигатель включён в систему жидкостного охлаждения, в холодную погоду можно произвести подогрев главного двигателя. Сам же вспомогательный двигатель запускается вручную (дёрганием тросика) или от электростартёра малой мощности. Если пусковой двигатель запускается вручную, наличие аккумуляторной батареи становится и вовсе необязательно (система зажигания «пускача» получает электроэнергию от магнето). После запуска «пускача» и прогрева системы охлаждения тракторист соединяет фрикционной муфтой пусковой и главный двигатели. При этом пусковой двигатель рассчитан на достаточно продолжительную работу под нагрузкой. Например, советский ПД-10 может прокручивать коленчатый вал дизельного двигателя непрерывно в течение 10 минут. Недостатки такой системы запуска: необходимость выхода тракториста из кабины для запуска двигателя, опасность наезда трактора на тракториста в момент пуска двигателя если в трансмиссии не выключена передача, необходимость иметь на тракторе отдельный запас смеси бензина с маслом для пускача. Наибольшее применение пусковые двигатели получили в СССР, так как значительное количество тракторной техники эксплуатировалась в сложных климатических условиях зимой.

По мере совершенствования тракторных двигателей, электрических стартеров и аккумуляторов применение пусковых двигателей стало сокращаться, а с начала 2000-х годов и вовсе сошло на нет.

Разновидностью пускового двигателя является турбостартер, который нашел применение на газотурбинных двигателях, но применяется и на некоторых поршневых, например звездообразных судовых дизелях завода «Звезда». Представляет собой небольшой газотурбинный двигатель со свободной турбиной, соединенной через понижающей редуктор и разобщительную муфту с коленчатым валом запускаемого двигателя. Достоинства турбостартеров — компактность, небольшой вес, большая мощность, отсутствие необходимости в аккумуляторных батареях или пусковых баллонах большой емкости. Например, турбостартер ТС-21, имеющий массу с редуктором всего 70 кг способен запускать дизель мощностью до 5000 л. с. Масса электрической или пневматической пусковой системы такого двигателя будет составлять несколько тонн. Недостатки — невысокая надежность, по сравнению с системами электрического и воздушного пуска и необходимость наличия отдельного бака с легким топливом (керосин или бензин) для турбостартера.

Зажигание, системы питания и смазки при запуске

Для двигателей с искровым зажиганием актуальна также проблема электроснабжения системы зажигания в момент запуска. Автомобильные генераторы с независимым возбуждением не могут работать без внешнего источника постоянного тока, поэтому, например, мотоциклы «ИЖ» и «Урал» не заводятся при разряженном аккумуляторе, хотя запуск производится кик-стартером, а не электростартером. Эта проблема решается использованием генератора с возбуждением от постоянных магнитов (как на мотоциклах «Минск» и «Восход») или магнето, которые дают ток сразу, однако такие генераторы имеют меньшую мощность. Проблема становится намного слабее при использовании электронного зажигания, но и оно неспособно работать при полностью разряженной аккумуляторной батарее. Это значит, что даже при вращающемся моторе (например, буксируемая машина) искры не будет.

В дизельных двигателях, где на рабочих режимах распылённое топливо воспламеняется от воздуха, нагретого сжатием в цилиндре, для упрощения холодного пуска часто применяются свечи накаливания — низкоомные спирали внутри камеры сгорания, нагреваемые током от аккумулятора до выхода двигателя на устойчивую работу.

Кроме проблем с энергетикой системы зажигания, существует также проблема со смесеобразованием при пуске холодного двигателя.
При низких температурах топливо плохо испаряется. Чтобы не допустить обеднения рабочей смеси, в систему питания вводятся различные пусковые устройства (воздушная заслонка в карбюраторе; утопитель поплавка на старых мотоциклах; клапан дополнительной подачи топлива с задержкой отключения после пуска) или увеличивается подача впрыска. Неиспарившийся излишек бензина попадает в цилиндры в виде капелек, которые оседают на холодных внутренних поверхностях. Топливо может «залить» свечу зажигания, вызывая утечку тока по мокрому изолятору свечи и, тем самым, отсутствие искрового пробоя или значительное ослабление искры. Бензин, стекающий по стенкам цилиндра, смывает масляную плёнку, и без того недостаточную после стоянки, вызывая очень заметный дополнительный износ ЦПГ, вплоть до задира поршней.

В современных автомобилях производителем нередко предусмотрен режим «продувки» цилиндров, при котором прекращается активная подача топлива, а работа поршней освобождает объём от излишков топлива. Чтобы использовать данный режим необходимо до упора выжать педаль газа и начать прокручивать стартер. На некоторых мотоциклах для этой цели на цилиндрах стоит клапан декомпрессора.

Для пуска двигателя при низких температурах применяются различные «пусковые жидкости» на базе эфира, известного своей летучестью (температура кипения 34 °C) и легкостью воспламенения. Такую жидкость впрыскивают из аэрозольного баллончика во впускной коллектор непосредственно перед попыткой пуска. На северные и военные версии некоторых автомобилей система впрыска эфира при запуске устанавливается штатно.

В системе смазки при пуске, особенно холодного двигателя, также возникают проблемы. При первых оборотах детали двигателя работают фактически без принудительной смазки, пока не наполнятся каналы подачи масла и не образуется масляный туман в картере. В сменном масляном фильтре имеется обратный клапан, не дающий маслу стекать из каналов на стоянке; своевременная замена фильтра важна и с точки зрения сохранения свойств резинки клапана. На морозе масло густеет, и насос не сразу начинает подавать его в полном объёме. Поэтому могут возникнуть задиры основных трущихся пар при резкой даче «газа» сразу после старта. Во избежание этого явления на больших и сложных двигателях иногда применяется предварительный подкачивающий электронасос, работающий параллельно с основным. Обычные моторы автомобилей и мотоциклов следует просто заводить в соответствии с инструкцией производителя, и при проблемах — не «газовать», как только «схватило», а отрегулировать двигатель и устранить обнаруженные неисправности.

Пуск с помощью пускового реостата или пусковых сопротивлений

Рисунок 1. Схема пуска двигателя параллельного возбуждения с помощью пускового реостата (а) и пусковых сопротивлений (б)

(2)

а в начальный момент пуска, при n = 0,

(3)

где Rп – сопротивление пускового реостата, или пусковое сопротивление. Значение Rп подбирается так, чтобы в начальный момент пуска было Iа = (1,4 – 1,7) Iн [в малых машинах до (2,0 – 2,5) Iн].

Рассмотрим подробнее пуск двигателя параллельного возбуждения с помощью реостата (рисунок 1, а).

Рисунок 2. Зависимость Iа, M и n от времени при пуске двигателя

При пуске на холостом ходу Mст = M. Ток Iа = Iа0 в этом случае мал и составляет обычно 3 – 8 % от Iн.

Mдин = M – Mст ,

под воздействием которого происходит увеличение n.

Число ступеней пускового реостата и значения их сопротивлений рассчитываются таким образом, чтобы при надлежащих интервалах времени переключение ступеней максимальные и минимальные значения Iа на всех ступенях получилось одинаковыми.

По условиям нагрева ступени реостата рассчитываются на кратковременную работу под током.

Остановка двигателя производится путем его отключения от сети с помощью рубильника или другого выключателя. Схема рисунка 1 составлена так, чтобы при отключении двигателя цепь обмотки возбуждения не размыкалась, а оставалась замкнутой через якорь. При этом ток в обмотке возбуждения после отключения двигателя уменьшается до нуля не мгновенно, а с достаточно большой постоянной времени. Благодаря этому предотвращается индуктирование в обмотке возбуждения большой э. д. с. самоиндукции, которая может повредить изоляцию этой обмотки.

Применяются также несколько видоизмененные по сравнению с рисунком 1, а схемы пусковых реостатов, без контактной дуги д. Конец цепи возбуждения при этом можно присоединить, например, к контакту 2, и при работе двигателя последовательно с обмоткой возбуждения будут включены последние ступени реостата. Поскольку их сопротивление по сравнению с Rв = rв + Rр.в мало, то это не оказывает большого влияния на работу двигателя.

Автоматизировать переключение пускового реостата неудобно. Поэтому в автоматизированных установках вместо пускового реостата используют пусковые сопротивления (рисунок 1, б), которые поочередно шунтируются контактами К1, К2, К3 автоматически работающих контакторов. Для упрощения схемы и уменьшения количества аппаратов число ступеней принимается минимальным (у двигателей малой мощности обычно 1 – 2 ступени).

Ни в коем случае нельзя допускать разрыва цепи параллельного возбуждения.

Проверка зазоров между электродами

Свечу зажигания выкручивают, отверстие закрывают заглушкой. Нагар на свече устраняют ее помещением на несколько минут в ванночку с бензином. Изолятор очищают специальной щеткой, корпус и электроды — металлическим скребком. Зазор между электродами проверяют щупом: его величина должна быть в пределах 0,5-0,75 миллиметра. Регулировка зазора осуществляется подгибанием бокового электрода в случае необходимости.

Исправность свечи проверяется посредством ее подключения к магнето проводами и прокручиванием коленчатого вала до появления искры. После проверки и обслуживания свеча возвращается на место и закручивается.

Установка кнопки запуска

Как работает обычная система зажигания

Перед тем как начать установку копки запуска двигателя, необходимо разобраться в работе системы зажигания без неё. Это позволит максимально точно интегрировать устройство в общую схему.

Естественно, что в каждом автомобиле могут быть свои конструкционные особенности. Но некоторые параллели всё же можно провести. К примеру, к контактной группе провода подключаются от стартёра.

Как только, ключ поворачивается — контакты замыкаются. Это требует весомых затрат электрической энергии. В результате данного процесса образуется искра. К сожалению, подобный метод запуска, способствует образованию нагара на контактах, что ухудшает их работу и уменьшает срок эксплуатации узла.

Внимание! В современных автомобилях применяется стартовое реле, оно обеспечивает более длительную эксплуатацию зажигания.

Установка

Для начала нужно понять, какие контакты отвечают за запуск двигателя. После обнаружения их нужно подключить к клавише. Чтобы это осуществить разберите пластиковую защиту. Она находится под рулём.

Нужный разъём в большинстве случаев крепится с обратной стороны. Он фиксируется посредством двух защёлок — ваша задача их снять. Для этого достаточно лёгкого нажатия.

В старых машинах без стартового реле для поиска контактов нужно приложить некоторые усилия. На контактной группе нужно отыскать два самых крупных кабеля. В большинстве случаев одни из них имеет красный цвет.

Для того чтобы удостовериться в правильном выборе включите зажигание. После этого соедините два выбранных вами провода, если стартёр начнёт вращаться, значит, вы нашли нужные провода.

Дальше нужно просто подключить кнопку запуска двигателя к этим двум проводам

Особое внимание уделите месту монтажа данного устройства. Вам должно быть удобно пользоваться кнопкой

Внимание! Обычно для того чтобы запустился двигатель кнопку необходимо немного подержать.

Не пожалейте времени и подберите конструкцию, которая будет иметь антивандальную защиту. Лучше всего чтобы конструкция была хромированной, а основным материалом был металл.

При установленном реле для поиска нужных проводов, через которые вы подключите кнопку запуска двигателя — понадобится тестер. Установите режим измерения сопротивления и прозвоните провода, те которые откликнуться, будут замкнутыми на массу.

Важно! Вам нужно найти провод с напряжением в 12 В. При этом зажигание должно быть включено.. Чтобы это осуществить выставьте тестер на измерение напряжения

При этом один щуп крепится к корпусу авто. На втором нужном вам кабеле напряжение будет появляться только при включённом зажигании

Чтобы это осуществить выставьте тестер на измерение напряжения. При этом один щуп крепится к корпусу авто. На втором нужном вам кабеле напряжение будет появляться только при включённом зажигании.

Принцип работы

Главный минус электродвигателей асинхронного типа – это то, что момент силы на валу пропорционален квадрату напряжения, которое приложено к электродвигателю. Это создает сильные рывки при запусках и в момент прекращения работы, что также повышает значения индукционного тока.

Устройства плавного пуска могут быть механическими и электрическими, а также комбинированными сочетая в себе положительные черты обоих устройств.

Механические устройства плавного пуска работают по принципу противодействия резкому увеличению оборотов электродвигателя влияя на его ротор механическим способом при помощи тормозных колодок, различных муфт, противовесов, магнитных блокираторов и прочих механизмов. Такие механизмы в последнее время применяются не часто, так как есть более совершенные устройства электрического управления.

Электрические УПП постепенно повышают ток или напряжение от опорного уровня до максимального, что позволяет плавно наращивать обороты электродвигателя и снизить нагрузки и пусковые токи. Чаще всего электрические устройства плавного пуска управляются электронным способом при помощи компьютерных систем или электронных приборов, что позволяет изменять параметры запуска и контролировать динамические характеристики. Мягкие пускатели позволяют изменять режимы работы электродвигателя в зависимости от приложенной нагрузки и позволяют реализовать ту или иную зависимость между скоростью вращения вала и напряжением.

Принцип работы электрических устройств основывается на двух методах:

  1. Метод ограничения тока в обмотке ротора – реализуется при помощи катушек, соединенных по схеме «звезда»;
  2. Метод ограничения напряжения и тока в статоре (при помощи тиристоров, симисторов или реостата).

По способу регулировки также различают одно-, двух и трехфазные устройства. УПП с регулировкой напряжения по одной фазе применяют для оборудования до 10 кВт, положительные моменты при таком регулировании – это снижение динамических ударов и рывков при старте, негативные – несимметричная нагрузка при запуске и большие пусковые токи. Мягкие пускатели с регулировкой по двум фазам позволяют снизить пусковые токи и нагрев двигателя при старте и используются в условиях среднетяжелого пуска. Трехфазные устройства плавного пуска значительно снижают пусковые токи и позволяют плавно останавливать электродвигатель, а также обеспечивать аварийное отключение. Такие устройства применяют при тяжелом пуске со значительной нагрузкой, а также с частыми включениями/отключениями двигателя.

Рейтинг автора
5
Подборку подготовил
Максим Уваров
Наш эксперт
Написано статей
171
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации