Длинноходные и короткоходные моторы – в чем разница, и какие лучше? Разница двигателей

Сравниваем длинноходные и короткоходные моторы

Признайтесь, что вы часто видели в тест-драйвах фразы про «типично короткоходный характер мотора» и не вполне понимали, о чем идет речь. Сегодня мы наконец расскажем, что такое коротко- и длинноходные моторы, в чем разница подходов к проектированию двигателей, и почему сейчас можно уверенно сказать, что «длинноходники» все-таки победили.

Средняя скорость, и какой она бывает

Для понимания вопроса придется вспомнить немного о конструкции ДВС и принципах его работы. Вы наверняка знаете, что в основе любой конструкции двигателя внутреннего сгорания лежит воздействие расширяющихся газов на поршень. Поршни могут быть любой формы и размеров, но у любого поршня есть такой параметр, как средняя скорость, и от нее зависит очень и очень многое.

Средняя скорость поршня – это величина, которую можно определить по формуле Vp = Sn/30, где S – ход поршня, м; n – частота вращения, мин-1. И именно она определяет степень возможного форсирования двигателя по оборотам, ускорения элементов шатунно-поршневой группы во время работы, а также его механический КПД.

От средней скорости поршня зависят нагрузки на стенку поршня, на поршневой палец, шатун и коленвал. Причем зависимость эта квадратичная: с увеличением скорости (Vp) в два раза нагрузки увеличиваются в четыре раза, а если в три – то в девять раз.

Эксперименты инженеров-мотористов уже очень давно доказали, что классическая конструкция шатунно-поршневой группы выдерживает максимальную скорость порядка 17-23 м/с. И чем выше эта величина, тем скорее изнашивается мотор. Увеличить скорость поршня практически невозможно – самые облегченные гоночные двигатели Формулы-1 имели скорость порядка 23-25 м/с, и это безумно много. Этого удалось достичь только потому, что «формульные» моторы рассчитаны на очень короткую эксплуатацию – от них не требуется «ходить» по 100 000 км.

От теории – к практике. Как известно, мощность мотора – это производная от крутящего момента, помноженного на обороты (об этом я писал большую статью с таблицами и графиками). То есть, если мы хотим получить больше мощности, то надо увеличивать обороты. А так как скорость поршня ограничена, то у нас не остается другого выбора, кроме как уменьшить его ход. Чем меньше расстояние нужно пройти поршню за один оборот, тем меньше может быть его скорость.

Короткоходные, длинноходные и «квадратные» моторы

Статьи / Практика

Не восставшие из ада: как и почему умирают моторы от перегрева и потери масла

Как умирают моторы, из-за чего, и когда стоит остановиться и отправить машину в сервис на эвакуаторе? Надеюсь, вы не найдете в тексте своего «анамнеза», но прочитайте до конца, в жизни бывает...

32340 1 20 06.10.2016

Казалось бы, выше мы только что озвучили два прекрасных аргумента для максимального уменьшения хода поршня. К тому же, чем меньше ход поршня, тем больше диаметр цилиндра при том же объеме, и тем более крупные клапаны можно поставить. Улучшается газообмен, а значит, и работа мотора в целом… Но, как оказалось, безмерно уменьшать ход тоже нельзя.

Чем меньше ход, тем больше должен быть диаметр цилиндра, если мы хотим сохранить объем. А вот форма камеры сгорания с ростом диаметра цилиндра ухудшается, соотношение объема камеры и площади неизбежно растет, увеличивается коэффициент остаточных газов, возрастают тепловые потери, ухудшается сгорание топлива… КПД падает, склонность к детонации повышается, ухудшаются экономичность и экологичность.

При уменьшении хода поршня снижается, к тому же, и диаметр кривошипа коленчатого вала, а значит, уменьшается крутящий момент мотора. Ухудшаются и массогабаритные параметры двигателей – они становятся куда крупнее в горизонтальном сечении. К тому же для сохранения рабочего объема приходится увеличивать число цилиндров, а это уже ведет к резкому повышению сложности конструкции. В общем, нужен был компромисс.

Основные задачи проектирования моторов решили к 60-м годам прошлого века, тогда же нащупали пределы прочности конструкции по средней скорости поршня. Стало ясно, что оптимальные параметры мощности, общего КПД и габаритов у атмосферного мотора получаются в том случае, если диаметр цилиндра равен ходу поршня или чуть меньше.

На фото: двигатель Nissan Qashqai

Если они совпадают, то такие моторы еще называют «квадратными». Моторы, у которых диаметр цилиндра все-таки больше хода поршня, называют короткоходными, а те, у которых он меньше, – длинноходными.

Внимательный читатель скажет: стоп, а откуда вообще взялись короткоходные моторы, если эксперименты доказали, что эффективнее всего «квадратные» или чуть-чуть длинноходные?! Все просто: короткоходники получили распространение в автоспорте. Там расход топлива и приемистость на низких оборотах не сильно «делали погоду», и можно было пожертвовать КПД ради достижения большей мощности на высоких оборотах при сохранении малого рабочего объема.

Для получения лучшей топливной экономичности, тяги и чистоты выхлопа, наоборот, ход поршня увеличивали, жертвуя оборотами и максимальной мощностью. Длинноходные моторы применяли там, где были нужны тяга и экономичность.

Тем временем, к 80-м годам среднюю скорость поршня в серийных моторах довели до предела в 18 м/с, дальше ее увеличивать не получалось. Такая ситуация сохранилась до 90-х, когда требования к массогабаритным и экономическим характеристикам моторов резко возросли.

Длинноходный прогресс

Статьи / Практика

Капремонт турбодизеля Mitsubishi с пробегом 500 тысяч километров: головка блока цилиндров

Рядная «четверка» 3,2 TD серии 4M41 – далеко не худший представитель семейства современных турбодизелей. Оттаскав за 10 лет две с половиной тонны японского железа в лице Mitsubishi Pajero Wagon 2006 года выпуска, этот...

7267 0 1 28.09.2016

90-е годы – это в первую очередь массовое внедрение новых экологических норм, резкое повышение массы кузова автомобилей из-за новых требований по пассивной безопасности, а заодно и возросшие требования к габаритам и экономичности силовых агрегатов. Машины становились просторнее изнутри и безопаснее во всех смыслах.

А двигателям приходилось поспевать за прогрессом. Массовый переход на многоклапанные головки блоков цилиндров повысил мощность и сделал моторы чище. Средний рабочий объем мотора постарались уменьшить и тем самым выиграть в расходе топлива и габаритах. Прогресс в области конструирования поршневой группы позволил уменьшить высоту поршня и увеличить длину шатуна, сделав больше механический КПД мотора.

Следовательно, стало возможно перейти к более длинноходным конструкциям, которые при том же рабочем объеме были компактнее, имели больший крутящий момент и к тому же стали экономичнее. Облегчение поршневой группы позволило снизить нагрузки на нее при высоких оборотах, а массовое внедрение турбонаддува и регулируемого впуска – еще и выиграть в максимальной мощности и тяге. Умеренно длинноходные моторы от этого только выиграли.

В 2000-е в стане двигателей объемом от 2 литров наметился перелом в переходе от «квадратов» к длинноходным конструкциям. И вот вам несколько примеров. При рабочем объеме 2 литра моторы VW серии ЕА888 (стоят на множестве моделей концерна от Skoda Octavia до Audi A5) имеют ход поршня 92,8 мм при диаметре цилиндра 82,5, а 2-литровые моторы Renault серии F4R (более всего известный по Duster) – 93 мм и 82,7 соответственно. Моторы Toyota объемом 1,8 л серии 1ZZ (Corolla, Avensis и др.) – еще более длинноходные, их размерность 91,5х79.

На фото: двигатель Volkswagen Golf GTI

Рабочие обороты таких двигателей заметно уменьшились, особенно у турбонаддувных, снизились и обороты максимальной мощности. А значит и снижение механического КПД уже не столь важно, зато преимущества налицо. По габаритам моторы лишь немного больше «классических» 1,6 из недавнего прошлого, а по тяге и расходу топлива намного превосходят однообъемных предшественников.

В современных моторах пытаются сочетать высокую эффективность работы длинноходных моторов и повышенный механический КПД короткоходных. Так, в ультрасовременном (но тем не менее уже снимаемом с производства) моторе BMW серии N20В20 (стоят на 1-й, 3-й, 5-й сериях, X1 и X3) применяется несимметричная поршневая группа, в которой ось коленчатого вала и ось поршневых пальцев смещены относительно оси цилиндров. Тут используются регулируемый маслонасос, плазменное напыление цилиндров, бездроссельный впуск и прочие технические «фокусы» для снижения механических потерь и сопротивления впуска. Размерность этого длинноходного мотора 90,1х84, и никто не скажет, что у него плохие характеристики хоть в чем-то, кроме надежности.

Дизели

Дизельные моторы, которые в силу особенностей рабочего цикла обычно являются длинноходными и низкооборотными, выиграли вдвойне. Внедрение турбонаддува резко подняло крутящий момент и позволило снизить степень сжатия, а прогресс топливной аппаратуры и поршневой группы – еще и увеличить рабочие обороты.

На фото: двигатель Volkswagen Golf TDI

В итоге дизели превзошли по литровой мощности атмосферные бензиновые моторы, а по крутящему моменту – бензиновые моторы с наддувом. Так, двигатели серии N57 (3-я, 5-я, 7-я серии, X3, X5 и др.) от BMW при диаметре цилиндра 84 мм и ходе поршня 90 мм имеют рабочий объем 2,993 литра, мощность до 381 л. с. и 740 Нм крутящего момента. Средняя скорость поршня при этом – 13,2 метра в секунду.

Статьи

Роман с соляркой: почему Европа любила дизели, а теперь перестала

Если вы читаете мои обзоры техники на вторичном рынке, то заметили, что в начале двухтысячных у BMW и Mercedes были отличные дизельные V8, а потом вдруг рабочий объем дизелей резко уменьшился до...

81024 13 23 17.12.2015

Оборотная сторона

Конечно же, беспроигрышных лотерей не бывает, и чудесной высокой отдачи добились ценой надежности – тут нет никакого секрета. Старый принцип актуален и поныне: у «сильно длинноходных» моторов высокая средняя скорость поршня увеличивает нагрузку на стенки цилиндра.

Конечно же, материалы становятся лучше, но при сравнении двигателей одной серии с разными параметрами хода поршня и диаметра цилиндра заметно, что длинноходные модели более склонны к износу поршневых колец и задирам цилиндров. И ресурс поршневой у них оказывается существенно ниже, чем у более «квадратных» собратьев.

А вот при сравнении разных моторов все далеко не так однозначно. На моторах с алюминиевым блоком и алюсиловым покрытием стараются снизить нагрузку на стенку цилиндра в том числе и снижением хода поршня, но, как правило, все равно ресурс получается меньше, чем у моторов с чугунными гильзами или блоком.

Мотор Renault-Nissan серии M4R (Qashqai, Fluence и др.), который пришел на смену уже упомянутому чугунному F4R, имеет ход поршня 90,1 мм при диаметре цилиндра 84 – он все еще длинноходный, но ход поршня значительно сократился. Габариты при этом не увеличиваются за счет более тонкостенной конструкции блока цилиндров.

На фото: двигатель Renault Latitude

Современные двигатели не нуждаются в высоких оборотах для достижения высокой мощности, а экономичность и экологичность становятся все важнее. Пусть даже в реальной эксплуатации заявленные характеристики и не подтверждаются… К тому же, можно путем усложнения конструкции обойти множество ограничений, которые десятки лет заставляли делать выбор между мощностью и экономичностью моторов.

Статьи / История

Почему современные моторы ломаются чаще старых и проверенных

Казалось бы, с развитием техники моторы должны становиться все надежнее и надежнее, но по какой-то причине этого не происходит. Создается впечатление, что мы наблюдаем обратную тенденцию. Да, по мнению многих гаражных...

219416 14 121 23.02.2015

Короткоходные «крутильные» моторы просто вымирают, им нет места в новом мире. Даже в Формуле-1 отказались от экстремальных конструкций с рабочими оборотами за 19 тысяч и соотношением диаметра цилиндра и хода поршня больше 2,4 к 1. Конечно, для фанатов и гоночных серий выпуск подобной техники сохранится, но в практическом плане смысла в ней уже нет. Победа длинноходных конструкций, за редким исключением, фактически состоялась.

Одним из немногих «оплотов короткоходности» до недавнего времени оставались атмосферные V6 и V8 от Mercedes-Benz. Так, моторы серии М272 (E-Klasse W211, M-Class W164 и др.) – откровенно короткоходные во всех вариантах исполнения. Например, у 3-литровой версии соотношение хода к диаметру будет 82,1 к 88. Как и их предки в лице М104, так и их наследники вплоть до М276, они были олицетворением успешных короткоходных моторов. Компания не стремилась к излишней компактности моторов, места было достаточно, а момента у двигателей объемом 3-3,5 литра и так хватало с запасом. Городить длинноходную конструкцию не было смысла.

Но новое поколение двигателей AMG серий М133/М176 с наддувом стали длинноходными – 83х92 мм, как и перспективная рядная шестерка 3,0 с наддувом серии М256 – 83х92,4 мм.

На фото: двигатель Mercedes-AMG CLA 45 4MATIC

Из «могикан» остаются разве что моторы GM, их блок V8 6,2 Vortec/L86/LT1 все еще не стремится к компактности, имея размерность 103,25х92 мм, и даже компрессорная версия LT4 сохраняет ту же размерность блока. Но это, скорее всего, тоже ненадолго.

Конец спорам

Даунсайз, наддув, непосредственный впрыск, гладкая моментная характеристика, высокий крутящий момент, регулируемый ГРМ и продвинутые трансмиссии сотворили маленькое чудо. Споры «длинноходный или короткоходный» уже более не актуальны.

Моторы вдруг прибавили в литровой мощности до границ, ранее считавшихся возможными только для специально подготовленных гоночных моторов. Увидев цифры в 120-150 л. с. с литра объема, мы уже не удивляемся, и даже 200 л. с. на литр кажутся вполне реальными, а «смешной» паспортный расход топлива для мощной и тяжелой машины кажется вполне реальным. Дизельные двигатели из «гадких утят» превратились в прекрасных лебедей с литровой мощностью даже большей, чем у бензиновых двигателей.

Во многом все это, плюс уменьшение габаритов и веса моторов, стало возможным благодаря длинноходной конструкции. Окончательно оформившийся тренд вряд ли переломится, особенно с учетом прогнозируемого вытеснения ДВС электромоторами и разнообразными «удлинителями дистанции».

www.kolesa.ru

Какие бывают объемы двигателя и чем они отличаются?

Мотор - это сердце каждого автомобиля. Его основными характеристиками являются мощность, которая измеряется в лошадиных силах (л.с.), и объем, измеряемый литрами или кубическими сантиметрами. Бытует мнение, что чем выше последний показатель, тем лучше машина. С этим можно согласиться, но лишь отчасти. Все зависит от того, какая цель от эксплуатации авто преследуется. У мощных агрегатов есть как свои плюсы, так и свои минусы. Небольшие объемы двигателя вполне жизнеспособны и пользуются определенной популярностью среди всех слоев населения.

Классификация авто по объему мотора

Сразу нужно разобраться, как получается эта величина. Каждый «движок» состоит из определенного количества цилиндров. Суммарный показатель их внутреннего размера и определяет эту важнейшую характеристику для детали. Важно, что дизельные и бензиновые авто имеют разную классификацию. Если говорить о последних, то принято выделять: микролитражки (до 1,1 л), малолитражки (от 1,2 до 1,7 л), среднелитражки (от 1,8 до 3,5 л) и крупнолитражки (свыше 3,5 л). Также объемы двигателя зависят от класса авто - чем он выше, тем сильнее мотор. Это напрямую влияет на скорость движения и расход топлива. Очевидно, что более объемистый механизм позволит довольно быстро разогнаться, а малолитражки не предназначены для гонок. Но стоит отдать должное современным моделям, которые также показывают убедительные цифры на спидометре и при небольших «движках».

Многие сразу ответят, что  прямо пропорционально. И будут правы. Известно, что мощные машины и потребляют больше. Но вот на трассе происходит обратный эффект — они немного экономичней. Эта разница не чувствуется из-за того, что в условиях города все оказывается с точностью до наоборот.

Но не стоит думать, что мощность зависит только от одного этого показателя. Немаловажны и крутящий момент, и передаточные числа коробки передач. Иногда бывает, что слабый мотор, который хорошо тянет на «низах», намного лучше более объемного собрата, но с плохой тягой.

Принято считать, что объем двигателя дизельного автомобиля должен быть обязательно большим. Но современные модели отлично ездят и на 1,1-литровых малютках без проблем, а в мотоциклах даже устанавливают моторы по 0,6 л.

Как зависит цена авто от объема мотора?

Ни для кого не секрет, что более мощные агрегаты дороже. Это происходит из-за того, что объемы двигателя более 2,5 л применяются для машин высокого класса, которые требуют и остальных дорогостоящих механизмов в сборке. Кто-то может сказать, что потратиться придется не только при покупке, но и во время эксплуатации на топливо. Но за комфорт ведь приходить всегда платить?

Еще одно бытует мнение, что большие объемы двигателя обеспечивают ему долгую службу. Это далеко не так. Ведь время работы этой детали зависит не от размера, а от качества ГСМ, применяемых в ходе ее эксплуатации, тщательного ухода и условий, в которых находится авто.

При выборе машины нужно тщательно подумать, который именно объем мотора подойдет оптимально. Не стоит гнаться за престижем и переплачивать за лишние кубические сантиметры. Лучше всего относиться к автомобилю просто как к средству для передвижения.

fb.ru

Чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного

Это преобразователь энергии теплового расширения топлива в энергию механического движения вала. Его смысл в том, что в некое замкнутое пространство попадает топливо, которое там же сгорает и за счет того, что при нагревании жидкости и газы увеличиваются в объеме, это топливо двигает одну из подвижных стенок этого пространства, или поршень. В этом и заключается суть работы ДВС-ов

Первый такой двигатель был создан в начале девятнадцатого века французом Ленуаром, а его мощность равнялась двенадцати лошадиным силам. Он был очень слабым с низким КПД (всего около 5 процентов), но несмотря на это, для того времени это было большим шагом вперед. Двигатель Ленуара нельзя было использовать практически нигде, так как он был достаточно громоздким, хоть и состоял всего из одного цилиндра, но при этом выдавал очень низкую полезную мощность. Тем не менее, его какое-то время использовали на кораблях.

В дальнейшем, технология ДВС-ов совершенствовалась, и вскоре появились уже более эффективные и практичные модели, в результате чего, сегодня 90 процентов всего наземного транспорта работает на двигателях внутреннего сгорания. Исключения — это троллейбусы, трамваи, поезда и очень модные сегодня электромобили, которые, хоть и менее удобны чем автомобили, но гораздо экологичнее.

Почему ДВС-ы разделяются на 2-тактные и 4-тактные?

Как мы уже говорили, основной особенностью работы ДВС является заполнение объема цилиндра топливом. Но дело в том, что осуществлять это заполнение можно двумя способами — можно сделать для введения и выведения бензина отдельные такты, как это осуществлено в 4-тактном двигателе, а можно впрыскивать его в конце второго такта, и в это же время, новое топливо само вытеснит отработанный газ. Этот принцип имеет место в 2-тактном ДВС-е.

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания

Начнем, пожалуй, с 4-х тактного, так как он проще для понимания. Итак, весь цикл его работы разделен на 4 части. Цикл — это когда топливо воспламеняется один раз. Если топливо воспламенилось два раза, говорят, что прошло два рабочих цикла. Итак, 4 части цикла — это:

1. За счет открытия клапана давлением бензина, осуществляется его впрыскивание в цилиндр. Поршень под давлением бензина движется вниз За это время коленчатый вал делает оборот в 180 градусов.
2. Коленчатый вал поворачивается еще на 180 градусов, и увлекает за собой поршень, который теперь уже начинает двигаться вверх. Как только он доходит до крайней точки вверху, вспыхивает зажигалка, или как ее еще называют — свеча, которая воспламеняет топливо, которое, находясь в сжатом виде дает больше энергии теплового расширения.
3. Вспышка свечи, и последующее за этим зажигание бензина в цилиндре приводит к выталкиванию поршня обратно вниз до мертвой точки. Это движение и является основным толчком, который обеспечивает вращение колес автомобиля, то есть, нужно понять, что машина едет благодаря этой третьей фазе рабочего цикла. Коленчатый вал при этом поворачивается еще на 180 градусов.
4. И последний этап — это удаление из цилиндра продуктов сгорания топлива, которые уже ни на что не годятся. Они удаляются при помощи специального клапана. Как вы уже, наверное, догадались, к цилиндру подведено два разных клапана, через один бензин входит, а через второй — покидает. Далее, после окончания вывода, начинается снова первый этап.

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания

Данный способ реализации впрыскивания топлива в цилиндр предполагает собой, что на смену рабочей среды( то есть бензина) не отводится по отдельному такту, а ввод осуществляется в короткий промежуток времени, когда поршень находится на самом дальнем расстоянии от противоположного края цилиндра, в мертвой точке. Одновременно со вводом происходит вывод продуктов горения. То есть процедура смены рабочей среды происходит в конце второго такта, а называют ее продувкой.

Продувка происходит не через клапаны, а через специальные отверстия, которые находятся внизу цилиндра, и практически все время их закрывает поршень. Но когда поршень уходит в мертвую точку, искусственно созданный вакуум втягивает в себя отработанное топливо, и под действием разности давлений, в рабочий объем входит свежий бензин.

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания

Каждый из этих двух видов ДВС имеет друг перед другом определенные преимущества, о которых мы сейчас подробно поговорим.

Основные отличия этих двух видов двигателей

1. Масса двигателя. Первое отличие в том, что 2-х тактовые двигатели легче (имеют меньший вес), чем 4-х тактовые. Это значит, что если требуется максимально уменьшить массу автомобиля, что бывает очень актуально, например, для гоночных болидов, то выгоднее использовать двухтактные.
2. Стоимость двигателя. Двухтактные дешевле, поэтому в бюджетных вариантах машин, как правило, стоят именно они.
3. Шумность работы. Четырехтактные более тихие, и во время работы их почти не слышно. Это одна из причин, по которой их ставят в дорогие машины.
4. Экологичность. Четырехтактные более экологичны, так как их рабочий цикл дает меньше продуктов сгорания, а значит и меньше дыма.
5. Расход смазки. Двухтактные ДВС расходуют больше машинного масла, так как его приходится разбавлять с бензином, в то время как у 4- тактовых есть для этого отдельная система.
6. Сложность изготовления. Сделать двухтактный ДВС гораздо проще, этим и обусловлена его дешевизна.
7. Скорость разгона. Двухтактные разгоняются быстрее, поэтому их используют в спортивных и гоночных авто.
8. Эксплуатация. 4-тактные тяжелее обслуживать и ремонтировать, так как они сложнее и у них есть множество дополнительных систем, которые отсутствуют у двухтактных.
9. Срок службы. 4-тактные служат гораздо дольше.

Это основные их отличия, но если вы покопаетесь в теме и хорошенько в ней разберетесь, то непременно найдете еще целую кучу отличий.

vchemraznica.ru

В чем разница между ЕС электродвигателями и обычными машинами переменного и постоянного тока?

Инженеры в своих системах могут применять различные типы электродвигателей на выбор. Как правило, выбор происходит между машиной переменного или постоянного тока. Но последнее время на рынке начали появляться электрические машины способные контролировать выходную скорость и мощность, позволяя тем самым повысить энергоэффективность.

Это электродвигатели с электронным управлением (англ. electronically communicated (EC)), которые последнее время начали очень активно вытеснять с рынка традиционные машины переменного и постоянного напряжения, и особенно в области энергоэффективности.

Основные отличия между электрическими машинами постоянного и переменного тока

Электродвигатели постоянного тока используют графитовые щетки и коллекторный узел для смены направления тока и, соответственно, полярности магнитного поля во вращающемся роторе. Именно это взаимодействие между вращающимся ротором и неподвижным постоянным магнитным полем статора и приводит машину в движение.

По данным от maxon motors, электрические машины постоянного тока имеют ограничения по времени эксплуатации коллекторно-щеточного, срок службы которого составляет в среднем 1000 – 1500 часов. При перегрузке срок службы составляет менее 100 часов, а при нормальных (номинальных) условиях эксплуатации может достигать и 15 000 часов. Скорость вращения таких машин ограничена процессами коммутации в коллекторно-щеточном узле и не превышает 10 000 об/мин.

Электрические машины постоянного напряжения имеют хорошую надежность и легкую управляемость, но страдают довольно приличными потерями. КПД снижается из-за сопротивления в обмотках, вихревых токов, потерь в щеточно-коллекторном узле.

Асинхронные электродвигатели используют другой принцип – на катушки статора подается переменное напряжение, которое создает вращающееся магнитное поле, а магнитное поле ротора индуцируется магнитным полем статора. Таким образом получается, что ротор как – бы пытается «догнать статор» . Еще одним видом машин переменного напряжения являются синхронные электродвигатели. Они используют немного другой принцип работы – катушки статора все так же запитываются переменным напряжением, а в ротор через контактные кольца подается постоянный ток (или используют постоянные магниты). Таким образом, магнитные поля статора и ротора сцепляются и машина вращается. Синхронный электродвигатель имеет жесткую механическую характеристику и скорость вращения ротора соответствующую скорости вращения магнитного поля статора в отличии от асинхронных машин, в которых присутствует скольжение (разница между скоростью вращения магнитного поля статора и реальной скоростью ротора).

Электродвигатели переменного тока предназначены для работы с определенной точкой на механической характеристике. Эта точка соответствует максимальной производительности двигателя. При работе в другой точке механической характеристики КПД машины резко снизится. Асинхронные электродвигатели переменного тока потребляют дополнительную энергию для создания магнитного поля путем индукции тока в роторе. Следовательно, двигатели переменного тока менее эффективны, чем двигатели постоянного тока. Фактически, машина постоянного тока на 30% эффективнее машины переменного тока из-за того.

Эффективность электронных коммутируемых электродвигателей

Электродвигатели с электронным управлением ЕС — бесщеточные двигатели постоянного тока, управляемые внешней электроникой — либо электронная плата, либо преобразователь частоты. Ротор содержит постоянные магниты, а статор имеет набор неподвижных обмоток. Коммутация выполняется с помощью электронных схем. «Плата» переключает фазы в неподвижных обмотках, чтобы поддерживать вращение двигателя. Это позволяет поддерживать тока якоря. Когда подключается напряжение правильной полярности и в нужное время возрастает  точность электрической машины. Поскольку скорость двигателя контролируется внешней электроникой, двигатели EC не имеют ограниченной синхронной скорости.

Двигатели EC имеют несколько преимуществ. Поскольку они не имеют щеток, они не искрят и срок их службы больше из-за отсутствия щеток, имеют меньше потери из-за «смарт управления» статором. Они обеспечивают лучшую производительность и управляемость,  чем асинхронные двигатели. С точки зрения размеров — небольшие электродвигатели могут достигать таких же габаритов, что и традиционные электрические машины постоянного или переменного тока.

Распределение мощности намного лучше у машин с электронным управлением. Бесщеточные электродвигатели постоянного тока (BLDC) зависят от источника питания постоянного напряжения. При использовании машин переменного тока появляются дополнительные затраты и сложность системы в случае необходимости регулирования. ЕС электродвигатели могут напрямую подключаться к источникам переменного тока благодаря наличию электронной системы управления. Более того, они слабо подвержены влиянию изменений частоты и напряжения сети, из чего можно сделать вывод что небольшие просадки напряжения сети не окажут существенного влияния на мощность машины, в отличии от асинхронных электродвигателей.

Если сравнить эффективность ЕС машины с машиной переменного тока с расщепленным полюсом или с конденсаторным электродвигателем, то можно увидеть, что машина с расщепленным полюсом имеет КПД порядка 15% — 25%, конденсаторные электродвигатели 30% — 50%, а ЕС машины имеют КПД в пределах 60% — 75% и являются наиболее эффективными и энергосберегающими.

Диапазон изменения КПД для конденсаторных асинхронных машин довольно велик и лежит в пределах 30% — 50%, что особенно сильно ощутимо при неполной их загрузке, например при работе в системах вентиляции и кондиционирования. ЕС электродвигатели имеют меньший диапазон изменения КПД при работе на различных скоростях и с различной нагрузкой. Как правило, у таких машин КПД не ниже 70%, а в машинах, работающих с номинальными параметрами, он может превышать 80%.

Машины с электронным управлением имеют регулятор скорости в качестве встроенной опции. Электродвигатели переменного тока могут иметь данную опцию только с внешним контролером (преобразователь частоты). Преобразователь частоты изменяют амплитуду и частоту напряжения, поступающего на электродвигатель, генерируя тем самым высшие гармоники, которые отрицательно сказываются на электрической машине, способствуя ее перегреву, и, как следствие, снижению срока службы.

Коммутационные схемы принимают входы с широтно-импульсной модуляцией от 4 до 20 мА и от 0 до 10 В. Это позволяет управлять скоростью в диапазоне от 10% до 100%. Мониторинг двигателей EC с помощью интегральной схемы прост, и может быть легко доступен разработчику для обеспечения обратной связи. Наконец, двигатели EC обеспечивают плавный пуск, снижение шума и более низкую температуру двигателя.

Электрические машины с электронным управлением обычно используются для приложений малой мощности, таких как небольшие вентиляторы, сервомоторы и системы управления движением. Однако, благодаря последним достижениям в области электроники и химии, двигатели EC находят свой путь в более крупные производственных приложениях, до 12 кВт и выше.

elenergi.ru

Какие отличия между двигателями переменного и постоянного тока

Противостояние двух видов тока, развернувшееся в мире в конце XIX - начале ХХ веков, привело к безоговорочной победе переменного тока и постепенной капитуляции постоянного.

 

Однако электродвигатели и переменного, и постоянного тока до сих пор используются на производстве и в быту, они совершенствуются, разрабатываются новые модели. Отсюда следует вывод, что от постоянного тока отказались не полностью.

 

Изобретение двигателей переменного тока не следует списывать на одного человека, как это делается сейчас, многие уверенны, что все, что касается переменного тока, а заодно и сам ток, изобрел один лишь Никола Тесла. Но это не так: несколько крупных ученых разработали и изготовили свою модель двигателя. Например, одним из первых изобретателей был Чарльз Уитстон в 40-х годах XIX века, а в 1889 году русский ученый М.О. Доливо-Добровольский изобрел трехфазный двигатель, который по своим характеристикам превосходит изобретение Теслы. Фактически, двигатели по этому принципу изготавливаются до наших дней.

 

Основное отличие конструкции двигателей:

 

Переменного тока - обмотка на статоре, между ним и ротором воздушный зазор (его величина тоже несет в себе дополнительные свойства).

Постоянного тока - обмотка на ротора (он называется якорь, он вращается).

По способу возбуждения они подразделяются на двигатели независимого параллельного, последовательного и смешанного возбуждения.

 

Сейчас моторы переменного тока нашли широчайшее применение в быту, промышленности, сельском хозяйстве, также они активно эксплуатируются на электростанциях. Они получили распространение, благодаря простой технологичной конструкции, высоким энергетическим показателям, надежности и стабильности работы. 

 

Двигатели переменного тока бывают однофазные и трехфазные.

 

Первый - однофазный - не имеет начального пускового момента и поэтому часто используется бытовых приборах, он вращается в ту сторону, в которую направляет внешняя сила. Кроме того, его мощность несколько меньше чем у трехфазных.

 

Обмотка его статора расположена в пазах и занимает примерно 2/3. Если этому типу все-таки требуется пусковой момент, то двигатель снабжают дополнительной обмоткой (из провода меньшего сечения), сдвинутой на 90 градусов относительно рабочей. 

 

Трехфазные асинхронные двигатели подразделяются на два основных типа: с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором (их еще называют "с контактными кольцами"). Статор у них одинаковый. 

 

Асинхронные с короткозамкнутым ротором являются наиболее распространенными. На статоре - трехфазная обмотка, обмотка ротора - короткозамкнутая в виде "беличьей клетки", они размещаются в пазах, расположенных на внешней поверхности - у статора, и на внутренней - у ротора, простейший элемент обмотки - виток, состоящий из двух или нескольких параллельных проводников, которые размещены в пазах и расположены друг от друга на некотором расстоянии. Это расстояние называют шагом обмотки, который приблизительно равен одному полюсному делению.

 

Вращающееся поле статора и пересекает проводящие обмотки ротора, создает напряжение, чем и вызывает появление тока в обмотках и вращение ротора. На силу тока влияет подключенное сопротивление, причем зависимость обратно  пропорциональная, то есть, чем выше сопротивление, тем, соответственно, сила тока ниже и наоборот. В свою очередь, вращающий момент наоборот прямо пропорционален и увеличивается с ростом сопротивления. 

 

В случае с фазным ротором его разомкнутая обмотка выводится на контактные кольца для соединения с внешней схемой. Его используют для регулярно работающих электроприводов, не изменяющих скорость (или - в небольших пределах).

 

Двигатели постоянного тока сейчас используются только в промышленности и в сложных приборах, где важно точное регулирование скорости работы (прокатные станы, мощные металлорежущие станки, тяга на транспорте). Их отличает высокая стоимость, а также некоторые преимущества, которые оказываются важными на сложном оборудовании: более высокий КПД, возможность плавной  и точной регулировки оборотов, частота вращения может быть очень высокой, чем в случае с переменным.

Также в наукоемких точных отраслях используются шаговые двигатели и серводвигатели, в которых можно регулировать многие параметры.

 

Статью предоставила компания НПП "Сервомеханизмы" www.servomh.ru - производитель и поставщик устройств линейного перемещения, электродвигателей, муфт для валов и комплектующих.

www.agropages.ru

Генератор и двигатель — чем они отличаются

Все электрические машины функционируют в соответствии с законом электромагнитной индукции, а также с законом взаимодействия проводника с током и магнитного поля.

Электрические машины по типу питания подразделяются на машины постоянного и переменного тока. Постоянный ток создается за счет источников бесперебойного питания. Для машин постоянного тока характерно свойство обратимости. Это означает, что они способны работать как в двигательном, так и в генераторном режиме. Данное обстоятельство можно объяснить с точки зрения аналогичных явлений в работе обеих машин. Более детально конструктивные особенности двигателя и генератора рассмотрим далее.

Двигатель

Двигатель предназначен для преобразования электрической энергии в механическую. В промышленном производстве двигатели применяются в качестве приводов на станках и прочих механизмах, являющихся частью технологических процессов. Также двигатели используются в бытовых приборах, к примеру, в стиральной машине.

Электродвигатель постоянного тока

При нахождении в магнитном поле проводника в виде замкнутой рамки, силы, которые приложены к рамке, приведут данный проводник к вращению. В таком случае, речь будет идти о простейшем двигателе.

Как было указано ранее, работа двигателя постоянного тока осуществляется от источников бесперебойного питания, к примеру, от аккумуляторной батареи, блока питания. У двигателя имеется обмотка возбуждения. В зависимости от ее подключения, различают двигатели с независимым и самовозбуждением, которое, в свою очередь, может быть последовательным, параллельным и смешанным.

Подключение двигателя переменного тока производится от электрической сети. Исходя из принципа работы, двигатели подразделяются на синхронные и асинхронные.

Асинхронный двигатель

Главным отличием синхронного двигателя является наличие обмотки на вращающемся роторе, а также имеющийся щеточный механизм, служащий для подведения тока на обмотки. Вращение ротора осуществляется синхронно вращению магнитного поля статора. Отсюда двигатель имеет такое название.

В асинхронном двигателе важным условием является то, что вращение ротора должно быть медленнее вращения магнитного поля. При несоблюдении данного требования наведение электродвижущей силы и возникновение электротока в роторе оказывается невозможным.

Асинхронные двигатели применяются чаще, однако у них имеется один значительный недостаток – без изменения частоты тока невозможно регулирование скорости вращения вала. Данное условие не позволяет достичь вращения с постоянной частотой. Также значительным недостатком является ограничение по максимальной скорости вращения (3000 об./мин.).

В случаях необходимости достижения постоянной скорости вращения вала, возможности ее регулирования, а также достижения скорости вращения, превышающей максимально возможную для асинхронных двигателей, применяют синхронные двигатели.

Генератор

Проводник, перемещаясь между двумя магнитными полюсами, способствует возникновению электродвижущей силы. Когда проводник замыкают, то при воздействии электродвижущей силы в нем возникает ток. На данном явлении основывается действие электрического генератора.

Генератор переменного тока

Генератор способен вырабатывать электрическую энергию из тепловой или химической энергии. Однако наиболее широкое распространение получили генераторы, преобразующие механическую энергию в электрическую.

Основные составные элементы генератора постоянного тока:

• Якорь, выступающий в качестве ротора.
• Статор, на котором располагается катушка возбуждения.
• Корпус.
• Магнитные полюса.
• Коллекторный узел и щетки.

Генераторы постоянного тока используются не так часто. Основные сферы их применения: электрический транспорт, сварочные инверторы, а также ветроустановки.

Генератор постоянного тока

Генератор переменного тока имеет схожую конструкцию с генератором постоянного тока, но отличается строением коллекторного узла и обмотками на роторе.

Схема генератора переменного тока

Так же как и в случае с двигателями, генераторы могут быть синхронными и асинхронными. Разница между данными генераторами заключается в строении ротора. У синхронного генератора катушки индуктивности расположены на роторе, а у асинхронного генератора для расположения обмотки на валу имеются специальные пазы.

Синхронные генераторы применяют, когда необходима выдача тока с высокой пусковой мощностью на короткий промежуток времени, с превышением номинальной. Применение асинхронных генераторов больше предусмотрено в быту, для энергетического снабжения бытовых приборов, а также для освещения, так как электрическая энергия, вырабатывается практически без искажений.

Чем отличается генератор от двигателя?

Подводя итог, важно отметить, что функционирование двигателей и генераторов основано на общем принципе электромагнитной индукции. Конструкция данных электрических машин аналогична, однако имеется различие в конфигурации ротора.

Главным же отличием является функциональное назначение генератора и двигателя: двигатель вырабатывает механическую энергию, потребляя электрическую, а генератор наоборот вырабатывает электрическую энергию, потребляя механическую, либо другой вид энергии.

vchemraznica.ru

Чем отличается двигатель 124 серии от 126

Двигателями данных модификаций оснащается целый ряд легковых автомобилей выпускаемых концерном «АвтоВАЗ». Моторами 124 серии оборудованных следующие модели: ВАЗ 21104; ВАЗ 21114; ВАЗ 21123 «Купе»;ВАЗ 21124; ВАЗ 2114 (211440-24) комплектации «СуперАвто».

Двигателями, серии 126, оснащаются автомобили, такие как: Лада 21126, «Приора», с газораспределительным механизмом на 16 клапанов.

Если судить по внешнему виду, то оба варианта двигателей похожи друг на друга, но существует целый ряд существенных отличий между ними:

Блок двигателя

Корпуса блоков обоих моторов отлиты из чугуна, и обладают одинаковыми размерами, имеют одинаковый диаметр цилиндра — 82 мм, так же у них не отличается друг от друга и объём масляного картера, заправочная норма масла, для каждого составляет 3,5 литра. Отличие состоит в механической обработке рабочих поверхностей блоков, у мотора 21126, она выполнена более качественно.

Кривошипно шатунный механизм

Детали этой системы, на моторе модификации 21126 существенно легче, чем установленные на 124 версии, общая масса поршня и шатуна, здесь, составляет примерно 795 граммов, что, на 440 граммов легче. Если взять суммарный вес этих деталей со всех 4 цилиндров, то в итоге, получится 1760 граммов. Это значительно влияет на мощность, динамику, и быстроту набора оборотов.

Поршневая поверхность на 126 моторе абсолютно плоская, это даёт более сильную компрессию в камерах згорания, тем самым повышая мощность силового агрегата, но у такой конструкции есть недостаток выход из строя ремня привода ГРМ, неизбежно, приведёт к деформации клапанов.Ещё один недостаток 126 двигателя заключается в том, что снижение веса поршня привело уменьшению его толщины, соответственно его стойкость к прогоранию понизилась, поэтому частая работа двигателя на повышенных оборотах может чревата образованием отверстий в днище поршня, вплоть до сквозных. На моторах 124 серии установлена не металлическая прокладка под головкой блока цилиндров, которая имеет толщину в 1,15 мм, на 126 модификации, эта прокладка изготовленная из металла, и толщина её составляет 0,43 мм.

Двигатели 126 модификации, так же, отличаются коренными вкладышами, здесь они толще, чем в 124 моторе.

Двигатель 126

Механизм газораспределения

Принцип работу этой конструкции на обоих моделях, практически одинаков, но существуют некоторые конструкционные особенности.

Ремень привода ГРМ, на обоих двигателях, отличается друг от друга длиной, шириной и формой протектора. В случае необходимости поменять ремни между собой не получится. Кроме того, все шкивы (приводы), которые проворачивает ремень, такие как: шкив генератора, коленчатого вала, насоса охлаждающей жидкости, на обоих моторах отличаются своей конструкцией, и не взаимозаменяемы.

Опорные и натяжные ролики привода ремня ГРМ, которые необходимы для его натяжения и направления, в этих модификации двигателя 21126 не оборудованных центральными бортами. Ещё, в 126 серии, установлена конструкция самонатяжения ремня привода ГРМ. Привод коленчатого вала 126 мотора оснащён специальным пазом, который не даёт ремню самопроизвольно соскальзывать со шкива.

Двигатель 21126 имеет мощность, на 9 лошадиных сил больше, более высокий крутящий момент и степень сжатия, расход топлива у 126 за городом немного меньше чем у 124, а в городских условиях, наоборот, выше. Заводской ресурс пробега у 126 версии, на 50 тысяч километров больше, чем на 124.

Система зажигания и электронное оснащение, у обоих моделей агрегатов абсолютно одинаковы, свечи зажигания, датчик массового расхода воздуха, высоковольтные провода и другие электронные компоненты полностью взаимозаменяемы. Так же идентичны и детали топливной системы, система подключения трансмиссии к двигателю, система охлаждения. Все расходники, такие как: воздушный, масляный, топливный фильтры, одинаково подходят к обоим вариантам.

Рекомендованные топливо, для той и другой серии двигателей бензин с октановым числом не ниже 95. Система смазки предусмотрена для автомобильных масел классификаций: 5W-30; 5W-40; 10W-40; 15W40 и их аналогов.

Вывод: двигатель той и другой модификации, имеет свои, незначительные, недостатки в различных системах, как любой механический агрегат.

vchemraznica.ru

---

• 
  Феррари история машины
• 
  Утепление двигателя автомобиля
• 
  Каракат из оки
• 
  Как сделать зарядное устройство своими руками
• 
  Как узнать телефон по номеру машины
• 
  Как устроены машины
• 
  Как отремонтировать гур своими руками
• 
  Автомобили газ грузовые история
• 
  Как переключать скорость
• 
  Как правильно подключить динамики в машине
• 
  Как перестраиваться в плотном потоке