Названы самые надежные автомобильные двигатели — Российская газета
Renault K7M
Высоким ресурсном и надежностью и при этом, что не маловажно, доступной ценой отличаются бензиновые моторы семейства К компании Renault. Речь прежде всего о начальном силовом агрегате малолитражек Logan и Sandero и бюджетного SUV Duster с индексом K7M.
При сравнительно небольшом рабочем объеме (1,6 л) и восьмиклапанной конструкции такой агрегат имеет архаичную конструкцию и невысокую степень форсировки. В разных исполнениях мотор выдает 82-87 л.с., что обеспечиваем ему ресурс до 400 000 км.
Чугунный блок цилиндров, конструкция поршневой группы, минимизирующая расход масла и стойкость к перегреву, считаются важными техническими преимуществами такого мотора. Минусы тоже хорошо известны. Это повышенный расход топлива, случается, что на холостом ходу плавают обороты, раз в 20-30 тыс. км приходится регулировать клапана, поскольку гидрокомпенсаторов не предусмотрено.
Привод ГРМ ременной, обрыв ремня чреват загибанием клапанов, поэтому ремень рекомендуется менять каждые 60 тыс. км. Кроме того, мотор шумный и вибронагруженный. С другой стороны, при использовании качественных расходных материалов и комплектующих французский мотор прохаживает даже больше вышеупомянутых 400 000 км.
Renault K4M
Двигатель K4M — близкий родственник агрегата K7M. А именно — речь идет о более современной и мощной 16-клапанной версии того же мотора. В частности этот агрегат объемом 1,6 л устанавливался с 1999 года на модели Logan, Duster, Clio 2, Laguna 1,2, Megane, Kangoo, Fluence и другие. Кроме того, до недавних пор таким агрегатом оснащали вазовский Lada Largus. Джентльменский набор здесь тот же — чугунный блок цилиндров, распределенный впрыск топлива и ременный привод ГРМ.
Впрыск — распределенный, во впускной коллектор. Некоторые версии двигателя Рено 1.6 K4M оснащены фазовращателем, расположенном на впускном распредвалу. Мощность разных модификаций варьируется от 102 до 108 л.с.
Существенно, что мотор требует минимального технического обслуживания благодаря гидрокомпенсаторам в приводе клапанов. К недостаткам «16-клапанника» отнесем недешевые запчасти и проблему с гнущимися при обрыве ремня ГРМ клапанами.
Ремень ГРМ соответственно необходимо менять каждые 60 000 км. При этом менять ремень несподручно. На ряде версий этого двигателя на шкиве распредвала нет шпонки, а фиксирующий болт нужно затягивать с правильным моментом. Меток на валах также нет, поэтому коленвал и распредвалы нужно выставлять при помощи фиксаторов. К распространенным неисправностям двигателя K4M относят выход из строя катушек зажигания, загрязнение топливных форсунок, неисправность датчика положения коленвала, подсос воздуха через трещины или уплотнения впускного коллектора, течь масла и антифриза.
Toyota 2AR-FE
Владельцы бестселлеров RAV4 и Camry наверняка станут расхваливать вам «беспроблемные» двигатели 2AR-FE, имеющие объем 2,5 л и отдачу в разных исполнениях от 165 до 180 л.с.
Серия тойотовских двигателей AR начала свою историю сравнительно недавно — в 2008 году. Гильзы цилиндров установлены методом мокрого гильзования и отлиты в блок. ГРМ — цепной, 16-клапанный с гидрокомпенсаторами. Коленчатый вал здесь кованный, имеет восемь противовесов и шестеренный механизм для привода балансирных валов.
Для эластичности двигателя в газораспределительный механизм устанавливается продвинутая система изменения фаз газораспределения Dual VVT-i. Она призвана управлять временем открытия впускных и выпускных клапанов, оптимизируя работу мотора как на низких, так и высоких оборотах.
Так удается добиться максимальной топливной эффективности и экологичности двигателя. Надежная топливная система и умеренная мощность сулят надежность в эксплуатации. К тому же в этом поколении моторов японцы отказались от ряда технологий, примененных в предшественниках. Как следствие, силовой агрегат стал выдавать меньше мощности на полезный объем, но в то самое время стал экономичнее на 10-12 %.
Не менее важно, что возросла ремонтопригодность, поскольку тонкостенные алюминиевые блоки цилиндров остались в прошлом. Как следствие, до первого капремонта при правильной эксплуатации этот двигатель может отъездить 250 000, а то и 300 000 тыс. км. Максимальный же ресурс составляет 400-500 тыс. километров пробега. Цепь ГРМ придется обновить на 150 000 км. В списке редких проблем значится повышенный шум в районе механизма ремня ГРМ при работе неразогретого двигателя. Также насос охлаждающей жидкости требует внимания из-за случающихся протечек.
Toyota 1VD-FTV
Долговечностью отличается также тойотовский дизельный 8-цилиндровый 4.5-литровый агрегат 1VD-FTV. Мощность этой установки варьируется от 202 до 286 л.с. Двигатели с двумя турбокомпрессорами устанавливали на Land Cruiser 200 и Lexus LX450d.
Дефорсированная версия с одним турбокомпрессором была предназначена для Land Cruiser 70. Такой агрегат может похвастать чугунным блоком цилиндров и почти вечным цепным приводом с усовершенствованной системой непосредственного впрыска топлива под давлением Common Rail, а также турбокомпрессорами изменяемой геометрии.
К основным преимуществам относят отличную динамику, невысокий расход топлива (при скорости в 70-80 км/ч он держится на уровне около 8-9 литров на 100 км). При этом автомобили с 1VD-FTV демонстрируют отличные внедорожные характеристики благодаря тяговитости силовой установки.
К слабым местам можно отнести требовательность к качеству масла. Еще один недостаток — водяной насос, который может утратить герметичность уже на 50 тыс. км. Тем не менее, если не экономить на качественном масле и хорошем топливе, то ресурс такого мотора может превышать 400 000 км.
Honda R20A
Бензиновый 2-литровый «атмосферник» R20A выпускается японским концерном с 2006 г. и устанавливается на автомобили Civic, Accord и на кроссовер CR-V. Этот двигатель целиком «алюминиевый», имеет балансирные валы, трехрежимный впускной коллектор, головку блока цилиндров с одним распредвалом и 16-ю клапанами и систему изменения фаз газораспределения i-VTEC.
Как и предшественники, R20A не оснащен гидрокомпенсаторами, регулировать клапана приходится каждые 45 000 км. При этом R20A надежен и конструктивно прост. Схема регулировки клапанов «винт — гайка» не требует подбора и замены толкателей клапанов. Не наблюдается также протечек масла и антифриза. Принципиально и то, что в серии R был сделан особый упор на экологичность, соответственно, меньше внимания уделено динамике. Словом, этот мотор справляется с ролью рабочей лошадки и при этом имеет достаточную для динамичной езды мощность (до 155 л.с), а его ресурс часто превышает 300 000 км. Запчасти, впрочем, недешевы, поэтому капитальный ремонт выйдет дорогим.
Hyundai/Kia G4FC
К числу долгоиграющих «зарулевцы» относят также корейский агрегат G4FC, выпускающийся с рабочим объемом 1,4 и 1,6 литра с 2010 года. В настоящее время время мотор продолжают устанавливать на Hyundai Creta, Solaris и Kia Rio. Эта бензиновая рядная «четверка» с двумя распредвалами имеет 16 клапанов. Мотор экономичен, впрыск регулируется ЭБУ.
Двигатель оснащен цепью ГРМ, за которой не нужно старательно ухаживать — производитель указывает, что она не имеет ограничений по эксплуатации. Фактически же цепь ходит не меньше 150 000 км. К этому пробегу возникает необходимость регулировки клапанов. Поршневая при хорошем масле ходит до 250 000-300 000 км. При использовании топлива невысокого качества возможен преждевременный выход из строя каталитического нейтрализатора.
Самые надежные моторы на современных машинах: наш рейтинг
Все знают о том, что когда-то, в далекие 80-е и 90-е, существовали моторы-"миллионники", которые сотнями тысяч километров служили верой и правдой. Так, собственно говоря, и есть – мы не так давно составляли их рейтинг. Но есть достойные продолжатели дела "миллионников" и сегодня.Считается почему-то, что современные машины одноразовые. Покатался три года, продал и пошел за новой. Но это как минимум преувеличение и обобщение. Действительно, есть неудачные двигатели, но это только часть рынка. Люди владеют машинами по 5-7 или даже 10 лет и, страшно сказать, покупают их подержанными! Значит, надежные моторы существуют. Вопрос: как их найти?
Какую машину и с каким мотором купить, чтобы он не только не ломался в течение гарантии, но и не подпадал под отзывные кампании, не требовал дорогих расходных материалов и специального сервисного оборудования. Бегал долго и счастливо, хотя бы и медленнее, расходуя чуть больше горючего, чем более прогрессивные собратья.
В разных классах машин свои лидеры, и, разумеется, более сложные и дорогие машины мало приспособлены для жестких условий эксплуатации, но и у них найдутся свои лидеры и отстающие по необходимому объему обслуживания и вероятности выхода из строя.
Renault 1.6 16v K4M
Малый класс
Начнем с класса В+, благо этот размерчик – один из самых распространенных в России. Сегмент бурно развивается, и машины в нем есть самые различные: и наши Калины-Гранты, и иномарки на любой вкус и кошелек. Почти все машины крайне практичны и особыми инновациями не обременены. Но это только в России, за рубежом такие авто часто оснащаются более прогрессивными моторами. К счастью, «привозных» машин мало, большая часть машин этого сегмента давно прижилась на российской почве и выпускается у нас, либо поставляется в специальных российских комплектациях.
Безусловным лидером является мотор K7M от Renault. Рецепт надежности прост: рабочий объем 1.6 литра и всего восемь клапанов, никаких сложностей. Привод ГРМ ремнем, гидрокомпенсаторов нет, простой чугунный блок, простой модуль зажигания, вообще никаких «новомодных» штучек. Ставятся такие моторы на «народные» Logan и Sandero и особых хлопот не доставляют. Там просто нечему ломаться, а качество исполнения отличное.
На фото: K7M
Второе и третье места, пожалуй, стоит отдать моторам ВАЗ-21116 и Renault K4M. Первый мотор тоже 1.6 и восьмиклапанный, простой и надежный. Но подводит временами качество сборки, качество проводки, да и машины с МКПП не самые надежные, потому что коробка не рассчитана на повышенный
Шестнадцатиклапанный мотор K4M от Рено просто чуть сложнее устроен и чуть дороже. Не так легко переносит высокие нагрузки. Зато устанавливают его не только на Logan, но и на Duster, Megane, Kangoo, Fluence и другие машины.
На фото: ВАЗ-21116
Средний класс
Один из лидеров по надежности в С-классе уже есть – это упомянутый K4M от Рено. Но машины несколько тяжелее, чаще встречаются авто с АКПП, а значит, и требования к мощности чуть выше. Моторы 1.6 будут иметь заведомо меньший ресурс, чем двигатели с рабочим объемом 1.8 и 2 литра, а значит, стоит выделить моторы 1.6 в отдельную группу для тех, кому не нужно ездить быстро.
Наверное, самым простым, дешевым ресурсным мотором для машин в С-классе можно назвать весьма почтенного возраста Z18XER. Конструкция самая что ни на есть консервативная, разве что установлены фазовращатели и регулируемый термостат. Привод ГРМ ремнем, простая система впрыска и хороший запас надежности. Мощности в 140 сил хватает для комфортного движения таким нелегким машинам, как Opel Astra J и Chevrolet Cruse, а также минивэну Opel Zafira.
На фото: двигатель от Opel Astra J
Второе место по надежности можно отдать серии моторов от Hyundai/Kia/Mitsubushi G4KD/4B11. Эти двухлитровые двигатели – наследники знаменитого Mitsubishi 4G63, в том числе и по надежности. Не обошлось без системы регулировки фаз ГРМ, а в его приводе – вполне надежная цепь. Простая система питания и хорошее качество сборки, но цепной привод ГРМ сложнее и дороже, да и сам мотор заметно технологичнее, так что только второе место. Мощность моторов зато заметно выше, все 150-165 л.с. Этого более чем достаточно любой машине С-класса с любой нагрузкой, на трассе и в городе, с АКПП и с «механикой». Ставились такие двигатели на огромное количество машин, тут и Hyundai i30, Kia Cerato, Ceed, Mitsubishi Lancer и другие легковушки и кроссоверы выше классом: Mitsubishi ASX, Outlander, Hyundai Sonata, Elantra, ix35 и Kia Optima.
На третье место вполне может претендовать мотор Renault-Nissan MR20DE/M4R. Этот двухлитровый бензиновый мотор выпускается уже довольно давно, с 2005 года, а по конструкции тоже восходит к «славным предкам» F-серии из 80-х годов. Залог успеха именно в консерватизме конструкции и умеренной степени форсирования. В сравнении с лидерами у него менее надежная ГБЦ, иногда все же вытягивается цепь, но все же он позволяет разменять все триста тысяч километров пробега при аккуратной эксплуатации, да и цена запчастей не зашкаливает.
На фото: MR20DE
Младший бизнес-класс
В сегменте D+ тоже популярны двухлитровые моторы из числа лидеров надежности С-класса, и тут они смотрятся неплохо, ведь масса машин отличается уже не так сильно. Но большей популярностью пользуются сложные и «престижные» моторы большой мощности.
Toyota в первый раз встречается в этом рейтинге, но сразу на первом месте в своем классе.
Мотор 2AR-FE мощностью 165-180 л.с. и рабочим объемом 2.5 л устанавливается на один из бестселлеров сегмента D+, на Toyota Camry, и без сомнения является самым распространенным и надежным мотором в своем классе. Устанавливают их и на кросоверы RAV4, и на минивэны Alphard. Мотор достаточно простой, но залог успеха – в качестве исполнения и частом обслуживании машин Toyota.
На фото: двигатель от Toyota Camry
Второе место заслуженно получают моторы G4KE/4B12 компании Hyundai/Kia/Mitsubishi. Эти моторы рабочим объемом 2.4 литра и мощностью 176-180 л.с. устанавливаются на Kia Optima, на Hyundai Sonata, многие другие легковые модели и плеяду кроссоверов Mitsubishi Outlander/Peugeot 4008/Citroen C-Crosser. Конструкция близка к моторам G4KD/4B11, и точно так же они являются наследниками надежных моторов Mitsubisi. Конструкция без каких-то особых изысков в виде прямого впрыска, привод ГРМ цепью плюс фазовращатели. Хороший запас по мощности и ресурсу, не слишком дорогие запчасти – вот залог успеха.
А вот третьего места не будет. Турбомоторы на европейских машинах заметно сложнее в эксплуатации и потенциально уязвимее. Сравнительно надежные турбодизели все же требуют более высокого качества обслуживания. И третье место достается достаточно простым агрегатам, например, уже упомянутому Z18XER на Opel Insignia или Duratec Ti-VCT на Ford Mondeo, и если вам хватает их мощности и ездите вы спокойно, то они окажутся и самыми недорогими в эксплуатации.
На фото: G4KE/4B12
Старший бизнес-класс
Престижные седаны E-класса не относятся к машинам с малой стоимостью эксплуатации, да и моторы в этом классе сложные и мощные. И зачастую особой надежностью похвастаться не могут. Но и среди них есть лидеры и агрегаты с высокой надежностью.
Опять в лидерах Toyota, точнее Lexus, но вы же знаете, что компания
На фото: 2GR-FE и 2GR-FSE
Второе место заслуженно занимает Volvo со своей рядной «шестеркой» B6304T2 объемом 3 литра. Первый в нашем рейтинге турбомотор оказывается в эксплуатации даже проще и дешевле дизелей. Во многом благодаря почтенного возраста конструкции с хорошим запасом прочности и сравнительно невысоким ценам на обслуживание.
К сожалению, безнаддувный мотор 3.2 больше не поставляется, он несомненно еще надежнее и мог бы претендовать на первое место в этой категории. Секрет успеха – в модульной конструкции двигателей. Это семейство производится с 1990 года по наше время в вариантах с четырьмя, пятью и шестью цилиндрами. Непрерывное усовершенствование конструкции и богатый опыт эксплуатации моторов хорошо сказался на надежности и стоимости эксплуатации.
За Infiniti, которые на третьем месте, в этом классе играет модель Q70 с легендарной «шестеркой» серии VQVQ37VHR объемом 3.7 литра и мощностью 330 сил. Залог успеха и в этом случае в качестве исполнения, славной и давней истории серии моторов и распространенности. Ставились такие моторы и на спортивные Nissan 370Z, и на внедорожники QX50 и QX70, и на более маленький седан Q50.
На фото: двигатель от Infiniti Q70
Лист машин Е-класса будет неполон, если не упомянуть непременный атрибут европейских городов – дизельный Mercedes E класса в кузове W212 и с мотором OM651. Да, это турбодизель, но в самой слабой своей версии, с обычными электромагнитными форсунками он способен доставлять минимум хлопот в эксплуатации. Да, такую машину полностью обслужить без дилерского сервиса невозможно, но, как показывает практика, простые комплектации да еще с ручной КПП на удивление надежны, недаром европейское такси для многих – именно дизельная «ешка».
Представительский класс
Тут рейтинга не ждите. Машина F-класса дешевой в эксплуатации не бывает, в современной машине такого уровня собраны все достижения техники последних лет, все самое сложное и дорогое оборудование. У них есть, конечно, свои лидеры и свои аутсайдеры, тем более что немецкие представительские седаны выпускаются в том числе и с весьма надежными дизелями, а корейские и японские премиальные марки делают упор на надежность бензиновых моторов и гарантию. Но сделать выбор между ними сложно, да и смысла это не имеет, в этом классе другие правила игры.
Читайте также:
Дизель или бензин — плюсы и минусы
Каждый автолюбитель, который планирует приобрести автомобиль, задается вопросом: «Какой двигатель лучше: дизельный или бензиновый?». Однозначный ответ найти сложно, поскольку выбор конкретного силового агрегата зависит от многих факторов: типа кузова авто, его назначения, особенностей местности, где машина будет эксплуатироваться, и др.
У моторов любого типа есть свои преимущества и недостатки, поэтому отнеситесь к выбору серьезно, ведь именно от двигателя зависит расход топлива транспортного средства, время его разгона до 100 км/ч, максимальная скорость и другие важные характеристики.
Принцип работы моторов
И дизельные, и бензиновые силовые агрегаты относятся к двигателям внутреннего сгорания.
В бензиновом двигателе топливовоздушная смесь формируется во впускном коллекторе, то есть за пределами цилиндра. В конце такта сжатия происходит перемешивание паров бензина и воздуха. Эта гомогенная смесь равномерно распределяется по объему. Результатом сжатия становится повышение температуры смеси до 500˚С – этот показатель ниже, чем температура воспламенения бензина. Искру дают свечи зажигания – смесь загорается.
В цилиндре дизельного мотора сжимается только воздух под давлением 30–50 бар. В результате сжатия температура воздуха повышается до 900˚С. В это же время в камере сгорания перед верхней мертвой точкой поршня распыляется дизельное топливо. Мелкие капли жидкости испаряются, образуется топливовоздушная смесь, которую называют гетерогенной – она самовоспламеняется и сгорает.
КПД двигателя и мощность
Сгорание рабочей смеси в дизельном моторе более эффективно. Это возможно за счет высокой степени сжатия: 20 единиц у дизеля против 10 единиц у бензина. КПД дизельного мотора на 40% выше, а расход топлива на 20% меньше. Бензиновый агрегат характеризуется большей мощностью.
Шум
Из-за высокого давления при сгорании топлива дизельные моторы создают больше шума и вибраций, но ситуацию спасает качественная шумоизоляция авто.
Выхлопы
Более экологичными считаются дизельные версии ДВС. Современные агрегаты полностью соответствуют стандартам «Евро-4» и оснащаются сажевым фильтром, что минимизирует воздействие на окружающую среду.
Безопасность
Разница между дизельным и бензиновым топливом состоит в следующем: дизель испаряется медленнее, что снижает вероятность возгорания. Кроме того, в дизельных агрегатах система зажигания не используется.
Эксплуатация
Теоретически дизельный двигатель более долговечен за счет жесткого и прочного блока цилиндров, коленчатого вала, элементов цилиндропоршневой группы, головки блока цилиндров. Однако эта характеристика напрямую зависит от качества дизельного топлива. С этой точки зрения бензиновый агрегат менее прихотлив и более устойчив к топливу низкого качества.
Дизельный двигатель, в отличие от своего бензинового аналога, не приемлет низкие температуры. Уже при –15˚С летняя солярка густеет и перестает проходить через топливный фильтр, в результате чего авто отказывается заводиться. Однако проблема имеет простое решение – использование специальных сортов топлива или установка современных отопительных систем. Кроме того, дизельные двигатели долго прогреваются, поэтому тепло в салоне станет лишь спустя 10–15 минут интенсивного движения. Если Вы живете в местности, где сильные морозы не редки, отдайте предпочтение бензиновой установке.
Кроме того, дизель не боится воды, поскольку электричество в таких моторах используется только для запуска. Именно поэтому дизельными агрегатами оснащают внедорожники и кроссоверы.
Обслуживание
Владельцам машин с дизельными моторами приходится чаще менять фильтры и масла и проверять компрессию в цилиндрах. Подобные агрегаты отличаются сложной конструкцией, поэтому специалисты автосервиса смогут устранить не каждую поломку. Ремонт дизельного двигателя, как правило, обходится дороже.
Дизель требует больших капиталовложений, но только если говорить о краткосрочной перспективе. Если Вы покупаете авто надолго (от 5 лет) и планируете проезжать минимум 20 тысяч километров в год, то благодаря низкому расходу топлива дизель сэкономит Вам деньги.
Стоимость
Дизель обходится дороже бензина, однако учтите, что и обслуживание такого мотора потребует больших капиталовложений.
Дизель или бензин: плюсы и минусы
Бензиновые двигатели | |
Плюсы | Минусы |
| ☑ Низкий уровень шума ☑ Высокая мощность ☑ Возможность работать на высоких оборотах без последствий для мотора ☑ «Устойчивость» к некачественному топливу ☑ Доступность запасных частей ☑ Дешевизна обслуживания ☑ Способность хорошо переносить низкие температуры | ☒ Больший расход топлива ☒ Меньшая долговечность ☒ Возможность достичь максимальной мощности в небольшом диапазоне оборотов |
Дизельные двигатели | |
Плюсы | Минусы |
| ☑ Экономичность ☑ Невысокая стоимость топлива ☑ Отсутствие системы зажигания ☑ Высокий крутящий момент ☑ Долговечность ☑ Экологичность ☑ Возможность контакта с водой | ☒ Большая масса ☒ Меньшая мощность ☒ Чувствительность к некачественному топливу ☒ Низкая морозоустойчивость ☒ Дороговизна обслуживания ☒ Невозможность ремонта в большинстве случаев |
Что же лучше? Какой двигатель более надежный? Каждый автолюбитель ответит на эти вопросы самостоятельно исходя из своих приоритетов – мощность или экономичность, низкая или высокая морозоустойчивость и др. Идеальный мотор – это агрегат, объединяющий преимущества дизельного и бензинового двигателей.
Названы 5 самых надежных и долговечных автомобильных двигателей
Двигатель
Фото 300td
Двигатель – один из наиболее важных узлов любого автомобиля. Силовые агрегаты бывают удачными, а бывают и весьма проблемными. Соответственно, машины, которые комплектуются теми или иными моторами, имеют разную репутацию среди водителей и механиков. Специалисты в области ДВС составили ТОП-5 лучших массовых моторов, отличающихся высокой надежностью и большим ресурсом.
5 место – BMW M50 B25
Один из самых любимых моторов в среде фанатов BMW. Данный 2.5-литровый двигатель обладает очень удачной конструкцией, которая обеспечивает высокую надежность и долговечность ГБЦ, блока цилиндров и т.д. M50 B25 представляет собой отличный образчик рядного 6-цилиндрового мотора, который при неплохой мощности обладает вполне умеренным аппетитом (при спокойной езде).
4 место – Chevrolet A15 SMS
Простой 8-клапанный мотор оказался очень удачным как для своей ценовой категории. Здесь все без изысков, с использованием классической конструкции. Мощность 1.5-литрового двигателя составляет от 80 до 86 л.с. Данный агрегат можно встретить под капотом целого ряда моделей разных марок, включая Chevrolet, Daewoo и т.д. Бюджетные авто данных марок часто используются в такси, и большие пробеги подтверждают ресурсность мотора.
3 место – Mercedes M111
Один из тех моторов, которые создали хорошую репутацию автомобилям Mercedes-Benz в целом. Серия M111 включает в себя 4-х и 6-цилиндровые рядные моторы объемом от 2.0 до 3.2 литра. Данные двигатели имеют очень большой ресурс, редко доставляют проблемы в ходе эксплуатации, а также отличаются довольно умеренным аппетитом. Такие агрегаты устанавливались на несколько моделей немецкой марки, обеспечив им репутацию надежных автомобилей.
2 место – Honda D-Series
Линейка хондовских двигателей D-серии, включая D14, D15 и D16, отличается достаточно простой конструкцией с одним распредвалом и 16 клапанами. При небольшом объеме (от 1.4 до 1.6 литра), данные агрегаты обладают приличной мощностью и хорошо крутятся, будучи при этом атмосферными. В этой связи представляется удивительным тот факт, что они имеют высокую надежность и большой ресурс, сопоставимый с моторами заметно больших объемов.
1 место – Mercedes OM617
Первый в нашем сегодняшнем рейтинге дизель, и сразу на первом месте. Дизельные двигатели Mercedes в принципе весьма удачны, однако именно серия OM617 стала по-настоящему легендарной. Благодаря наличию форкамерной ГБЦ, мотор может переваривать даже низкосортное топливо и при этом вполне сносно работать. Чугунные «голова» и блок цилиндров – залог огромного ресурса и надежности, несмотря на немалый вес. Мощность 5-цилиндрового 3.0-литрового мотора невелика, поэтому динамики от него ждать не приходится. Это тот случай, когда лучше медленно, но верно.
Как видно, в ТОПе самых надежных моторов представлены не нашлось места более современным двигателям. По мнению специалистов, сейчас силовые агрегаты делают более экономичными, экологичными и мощными, что не лучшим образом сказывается именно на долговечности.
асинхронный, синхронный или на постоянных магнитах?
Можно ли буксировать электромобили? Зависит от типа двигателя. Да, бывают разные. Если вы только собираетесь покупать электрокар, то знайте: до полной разрядки его лучше не доводить. И вот почему
Автомобили с двигателями внутреннего сгорания допускают буксировку. Если у вас механическая коробка передач, то это самое простое дело: ставите нейтраль в коробке передач или выжимаете сцепление – и ваш мотор оказывается физически отключен от колес, а машина превращается в обычную телегу: тяни не хочу.
С автоматами чуть сложнее, в них полного разрыва связи между колесами и мотором не предусмотрено. Но и они в режиме N позволяют буксировать машину на короткие расстояния и с невысокой скоростью.
Однако в инструкциях к электромобилям вы прочтете, что буксировка или не допускается вовсе, или, как в случае с современными моделями Tesla, допускается со скоростью не более 5 км/ч на расстояние не более 10 метров: иными словами, вы в праве только оттолкать сломанную машину на обочину.
А может ли быть иначе? Да, старые модели Tesla такое позволяли. Как и GM EV1 – легенда электрокаров 90-х годов прошлого века. Так в чем же дело? В типе электрических двигателей. Или, если уж говорить совсем правильно, электрических машин, так как в электромобилях эти устройства служат не только двигателями, но и генераторами. И на современных типах электрокаров встречается три типа таких устройств. Но для начала немного истории.
В 1821 году британский ученый Майкл Фарадей в своей статье впервые описал основные принципы преобразования электроэнергии в движение. Фарадей уже знал, что электрический ток, проходя через проволоку, создает магнитное поле. Закрученный в катушку, такой провод становится электромагнитом.
Он также знал, что противоположные полюса магнитов притягиваются, а одинаковые – отталкиваются. В электромагнитах же полярность зависит от направления движения тока, то есть ее можно быстро менять. И вот что придумал Фарадей. Берем магнит, который движется к другому. В последний момент полярность меняется, но рядом расположен третий магнит, к которому можно тянуться. Затем четвертый, пятый. Эти разнополярные магниты выстроены в линию. И если ее закольцевать, движение будет идти по кругу до тех пор, пока сквозь электромагниты идет ток и пока его направление не перестает меняться.
Чтобы понять, как это действует, представьте, что у вас в руках два школьных магнита в форме подковы или буквы U – помните, были такие. Если их повернуть друг к другу взаимоотталкивающимися полюсами, то они будут стремиться сделать полуоборот, чтобы снова друг к другу притянуться. А теперь представьте, что их полюса постоянно меняются местами: тогда они станут вертеться друг относительно друга. Это и есть электродвигатель.
Так впервые был описан принцип действия всех электромоторов в целом и самого древнего в частности: того, который работает от постоянного тока и использует с одной стороны постоянные магниты из намагниченного сплава, а с другой – переменные электромагниты. Это наш первый герой: мотор-генератор постоянного тока на перманентных магнитах.
Изобретения Фарадея были развиты его полседователями, в частности изобретателем электрической лампочки Томасом Эдисоном. Эдисон усовершенствовал генераторы постоянного тока и стал пионером в электрификации Нью-Йорка. В 1884 году на пороге его кабинета появился молодой сербский инженер. Звали иммигранта Никола Тесла.
Тесла предложил улучшить конструкцию Эдисона и попросил за работу 50 тысяч долларов – баснословная в те времена сумма. По легенде Эдисон согласился, но когда Тесла действительно существенно улучшил существующую модель, любимец Америки просто кинул безвестного сербского эмигранта.
Тесла рассердился и отправился к главному конкуренту, адепту переменного тока Джорджу Вестингаузу. Так началась «Война токов», окончательно проигранная постоянным током только в 2007 году, когда Нью-Йорк последним из городов перешел на ток переменный.
Генераторы Эдисона вырабатывали электричество с напряжением, близким к потребительскому: 100-200 вольт. Это удобно для домов, но его сложно передавать на большие расстояния из-за сопротивления проводов. Тут было два решения: увеличивать диаметр кабелей или повышать напряжение. Первый вариант позволял делать линии длинной 1,5 километра. Да, совсем немного. Второй вариант был невозможен из-за отсутствия в те годы эффективных способов повышения напряжения постоянного тока.
Однако еще в 1876 году русский ученый Павел Яблочков изобрел трансформатор, меняющий напряжение переменного тока. Подача энергии на большие расстояния перестала быть проблемой.
Но была другая проблема. Лампочкам Эдисона все равно от какого тока питаться: постоянного или переменного. А вот с электродвигателями сложнее: они в те годы требовали только постоянного. В 1888 году Тесла запатентовал в США асинхронный электрический двигатель переменного тока. Он же изобрел и синхронный генератор, впоследствии использованный и как двигатель. Это второй и третий герои нашей статьи.
Так поговорим же о них поподробнее
Если в детстве вам доводилось разбирать игрушечные электрические машинки, то вы должны помнить устройство их простейших двигателей. Для остальных напомним. Все применяемые в электромобилях моторы состоят из двух частей: неподвижного статора и вращающегося ротора.
В игрушечных машинах на статоре стоят постоянные магниты, а на роторе – электрические переменные. При вращении на них через специальные щетки подается постоянный ток от батареек, и их последовательное включение и обеспечивает движение.
Похожая конструкция встречается практически у всех электромобилей. С одним отличием: на роторе там стоят постоянные магниты, а на статоре, напротив, электрические и переменные. Так в том числе можно избавиться от щеток: одного из немногих элементов электродвигателя, который подвержен износу.
Преимущество моторов на постоянных машинах в том, что они легкие, компактные, мощные, эффективные, работают от вырабатываемого аккумуляторами постоянного тока… так, стоп! А какие недостатки?
Недостаток прост. Таким моторам не хватает тяги. Так перейдем же к асинхронным инверсионным моторам переменного тока.
Бородатый анекдот про умирающего мастера заваривать чай, который делился своим секретом словами «не жалейте заварки» – это прям притча про компанию Tesla. Вопреки расхожему мнению, ее основал не Илон Маск (он позже стал главным инвестором и владельцем), а Мартин Эберхард и его партнер Марк Тарпенинг.
Эти двое придумали немыслимое. Создать не тихоходный, эффективный и относительно дешевый электрокар, а дорогой, быстрый и клевый. Маск же первым идею оценил и быстро прибрал ее к рукам.
Имя компании Tesla не случайно. Одной из ее технических революций стало использование асинхронного двигателя без постоянных магнитов, работающего на переменном токе – того самого, который изобрел Никола Тесла. Эта конструкция дороже как сама по себе, так и благодаря необходимости в установке преобразователя постоянного тока от батареи в переменный для электродвигателя. Успешное решение данной задачи и стало первым из множества теперь уже легендарных прорывов «Теслы».
Благодаря мощному асинхронному мотору электрокары Tesla с самого начала были очень динамичным, что стало ключевой причиной роста их популярности. В таком моторе переменный ток в обмотке статора создает вращающееся магнитное поле. Оно вызывает индукцию в роторе, заставляя его вращаться чуть медленнее, чем вращение самого поля – поэтому двигатель и называется асинхронным. Если скорости вращения синхронизируются, поле перестает создавать в роторе индукцию, и он начинает замедляться, рассинхронизируясь обратно. Важно заметить, что собственно на ротор никакого электричества напрямую не подается.
Итак, есть еще третий тип электрического двигателя, который встречается в современных электромобилях: синхронный на электромагнитах. Он похож по устройству на двигатели с постоянными магнитами на роторе, только эти магниты – электрические. На них подается постоянный ток, так что полярность магнитов ротора остается неизменной. А вот полярность магнитов статора, напротив, меняется, что и обеспечивает вращение.
Такие синхронные моторы на электромагнитах славятся своей способностью обеспечивать стабильность оборотов и ставятся, обычно, на всякие установки вроде насосов. А еще… на электрокар Renault Zoe. Зачем? Честно сказать, найти быстрый ответ на этот вопрос не получилось. Можем лишь предположить, что это связано с лучшей способностью такого двигателя служить генератором, рекуперируя энергию торможения. Мотор на Zoe не самый мощный, а мощным генератором он быть обязан.
Так что же лучше? Большинство автоконцернов выбирает моторы на постоянных магнитах: они эффективнее. Tesla в первые годы настаивала на асинхронных моторах. Но потом… сделала ставку на двух моторную полнопривродную схему, в которой асинхронный мотор обеспечивает динамику, а двигатель на постоянных магнитах гарантирует низкий расход энергии при небольших нагрузках. И только Renault… ну вы поняли.
А теперь о том, что ждет нас дальше. При буксировке даже обесточенный двигатель на постоянных магнитах тут же начинает работать как генератор, что чревато перегревом и возгоранием энергосистемы электромобиля. В синхронных моторах Renault оставшейся магнетизм в роторе также способен вызвать индукцию в катушках статора, ну и пошло поехало – генерация тока, перегрев, пожар.
И только асинхронные двигатели, когда их статоры не под напряжением, не являются генераторами: их можно буксировать.
Так вот, современная тенденция такова. Моторы на постоянных магнитах становятся все мощнее и тяговитее, оставаясь самыми эффективными. Производители постепенно переходят на них. Но придумать, как машины с ними безопасно буксировать инженерам еще предстоит. Пока они декларируют принцип «Наши электромобили не ломаются и в буксировке не нуждаются». Но звучит не больно убедительно.
V6, рядная четвёрка, оппозит? Сравнение конструкции двигателей
«Линейка двигателей представлена рядным 4-цилиндровым агрегатом объёмом 2,5 л и 3,5-литровым V6», — гласит рекламный проспект какой-нибудь Toyota Camry. А чем отличаются эти моторы, кроме количества «кубиков» и лошадиных сил? Почему в «Безумном Максе» молились богу V8, и что особенного в «оппозитниках» Subaru? Просто о сложном: разбираем на пальцах особенности автомобильных двигателей.
Компоновка. Продольно или поперечно
Прежде чем говорить о конструкции двигателей, нужно упомянуть о компоновке автомобиля — ведь именно она во многом определяет, какой мотор будет установлен под капотом. Хотя не всегда под капотом: существуют автомобили (в основном спортивные) со средне- и заднемоторной компоновкой, но у большинства гражданских машин двигатель всё-таки находится впереди. О них и поговорим.
Продольное расположение двигателя
Мотор может располагаться в машине продольно или поперечно. Первую схему называют классической, она характерна для автомобилей с задними приводом (или полным, но на основе заднего). Продольная схема почти не накладывает ограничений на размеры силовой установки, как и трансмиссии — коробка передач может быть огромной, с большим запасом прочности, и заканчиваться хоть в центре машины. Такая компоновка характерна для больших автомобилей с мощными двигателями и КПП: грузовиков, внедорожников, премиальных седанов. Хотя раньше так были устроены почти все машины — взять ту же классическую линейку «Жигулей». Но с массовым внедрением переднего привода понадобилась иная, более компактная компоновка.
Поперечное расположение двигателя
Для переднего привода необходимо устанавливать двигатель не продольно, а поперечно — вместе с коробкой передач он должен разместиться под капотом между лонжеронами. Ограниченное пространство требует компактности как от трансмиссии, так и от самого мотора, поэтому далеко не все силовые установки подходят для поперечной схемы. Такая компоновка характерна как для переднеприводных машин, так и для полноприводных, система 4WD которых имеет переднеприводные корни — а это почти все современные кроссоверы.
Разобравшись в особенностях компоновок, можно переходить к самим двигателям.
Рядные двигатели
Классический двигатель внутреннего сгорания — рядный, где все цилиндры расположены в один ряд. В литературе такая конструкция обозначается буквой I или R (от английского Row или немецкого Reihe— ряд), а цифра, стоящая рядом, указывает на число цилиндров (R3, R4, R5, R6). Хотя в жизни обозначение «R» встречается редко — автопроизводители не стремятся отдельно выделять «рядность» мотора, считая такую схему обыденной. Вы никогда не встретите шильдик R6 на крышке багажника, в отличие от V6 — хотя рядная «шестёрка» во многом превосходит V-образную. Но об этом ниже.
Рядный 4-цилиндровый двигатель (R4) — самый распространённый в мире, поскольку попадает в наиболее ходовой диапазон рабочего объёма: от 1 до 3 литров. Есть и более объёмные представители: например, тойотовский турбодизель 15B с кубатурой 4,1 л, который ставят на Mega Cruiser, грузовик Dyna и другие модели. Обратный пример — рядный моторчик Subaru EN07 (модели R1, R2, Pleo) объёмом всего 658 «кубиков». Но это всё-таки исключения: оптимальным объёмом одного цилиндра мотористы считают 0,3–0,7 л. Соответственно, большинство 4-цилиндровых двигателей имеют рабочий объём от 1,2 до 2,8 л.
Ещё одна причина популярности рядной «четвёрки» — её относительная компактность. Мотор R4 можно установить почти на любой автомобиль как продольно, так и поперечно. Чего не скажешь о рядной «шестёрке» R6 — дополнительные 2 цилиндра существенно увеличивают длину агрегата. Установить такой двигатель поперечно инженерам удавалось в единичных случаях (Volvo S80 и XC90, Chevrolet Epica) в паре с компактной коробкой передач. В основном моторы R6 устанавливают продольно.
6 цилиндров в ряд (Straight-6) является одной из лучших конструкций двигателя — такая схема полностью сбалансирована и лишена вибраций, отличается плавной работой и эластичностью. Моторы R6 традиционно применяли немецкие производители (BMW, Mercedes-Benz), а также японские: Nissan (серии RB25/RB26, TB45/TB48, дизель TD42), Toyota (серии M, 1G, 1JZ/2JZ, дизели 1HZ/1HD). К сожалению, почти все эти двигатели в настоящий момент вытеснены более универсальными моторами V6.
У рядной «восьмёрки» проблем из-за исполинских размеров ещё больше. Моторы R8 встречались на американских машинах середины прошлого века, советских лимузинах ЗИС-101 и ЗИС-110. Сегодня такие двигатели работают только на судах и тепловозах, а на автомобилях их полностью вытеснили моторы V8.
Рядные двигатели с нечётным числом цилиндров также встречаются (R3, R5). В большинстве случаев они созданы на базе рядной «четвёрки», которой добавили или отняли один цилиндр. Существуют и двухцилиндровые автомобили (Fiat 500, отечественная «Ока»), но в основном моторы R2, как и двигатели с 1 цилиндром, применяются на мотоциклах.
V-образные двигатели
Очевидно, что главная проблема рядного мотора с 6 и более цилиндрами — чрезмерная длина. Как сделать его компактнее? «Распилить», расположив цилиндры в виде латинской буквы V (отсюда и обозначение).
V-образные моторы заметно сложнее рядных: у них две головки блока цилиндров (каждая со своей прокладкой, распредвалами, коллекторами), причудливее схема привода ГРМ. А ещё «вэшки» вибрируют: V8 чуть меньше, V6 и V10 — сильнее. И лишь грозный V12 уравновешен полностью, как и R6 — по сути, он и представляет собой две рядных «шестёрки», соединённых вместе. Но встретить V12 можно только на люксовых машинах и суперкарах.
Основа популярности мотора V6 — его универсальность: он достаточно компактен, поэтому может быть установлен как продольно, так и поперечно. Та же Toyota перестала ставить рядные двигатели серии JZ на свои большие седаны (Mark II, Crown и их производные), перейдя на V-образную серию GR, которую можно встретить на доброй половине модельного ряда: от переднеприводных Camry до внедорожников Land Cruiser Prado. Выпускать универсальные двигатели намного выгоднее, чем специфичные.
Балансировка мотора V6 вызывает определённые сложности у инженеров из-за блуждающих в нём моментов от сил инерции поршней и центробежных сил — чаще всего приходится использовать балансировочные валы, что дополнительно усложняет и без того не самую простую конструкцию двигателя. Угол развала цилиндров у V-образных моторов может быть разным: обычно это 45, 60, 65 или 90 градусов — оптимальные значения с точки зрения вибраций.
Рядно-смещённые двигатели VR и W
Компромиссом между рядной и V-образной схемой стала рядно-смещённая компоновка (VR). Такие моторы активно применяет концерн Volkswagen. VR представляет собой V-образный мотор с экстремально малым углом развала цилиндров (10–20°), что позволяет накрыть их общей головкой блока, как у рядного мотора.
Плюсы такого решения — отказ от второй головки (а значит упрощение и удешевление конструкции) и компактные размеры. Минусы — чудовищные вибрации: чтобы хоть как-то сбалансировать рядно-смещённый мотор, приходится значительно утяжелять коленчатый вал и маховик, применять балансировочные валы, особые подушки двигателя и другие технические решения. Из-за этого схема VR не получила распространения у других автопроизводителей, став фирменной чертой автомобилей VAG.
Volkswagen же активно развивал своё «дитя», придумав W-образный двигатель — V-образный мотор из двух блоков VR на одном коленвале. Такие силовые агрегаты встречаются на флагманах VW, Audi и Bentley.
Оппозитные двигатели («боксёры»)
Оппозитный двигатель иногда называют V-образным с углом развала 180°, но это не совсем верно. В V-образной схеме поршни двигаются синхронно, в то время как в оппозитной — зеркально, словно боксируя друг с другом. Из-за этого оппозитные двигатели называют «боксёрами» (Boxer), обозначая буквой B: B2, B4, B6, B8. Хотя свой 6-цилиндровый «боксёр» EZ30 Subaru называет H6.
Самый популярный оппозитный двигатель стоял на легендарном «Жуке» Volkswagen Old Beetle (Käfer), которых за полвека выпустили 21,5 млн штук. В современных машинах «боксёры» используют только Porsche и Subaru, хотя в мототехнике они широко представлены на моделях BMW и «Уралах».
Плоский горизонтальный «боксёр» — весьма широкий двигатель, что не позволяет записать ему в преимущества компактность. В чём же плюсы такой компоновки? Во-первых, в низком центре тяжести (мотор находится очень близко к земле), что даёт лучшую устойчивость и управляемость автомобиля. Во-вторых, коленвал таких двигателей намного короче, легче и прочнее, по сравнению с рядной схемой. Да и вибрирует оппозитная «четвёрка» меньше, чем рядная, поскольку зеркальное движение поршней взаимно компенсирует их силы инерции. А оппозитная «шестёрка» B6/H6 вообще полностью уравновешена, как и рядная.
Характерные минусы «боксёров»: две головки блока (что для мотора с 4 цилиндрами явно избыточно), затруднённое облуживание и переусложнённая конструкция. А их ключевое преимущество в виде низкого центра тяжести играет роль в автоспорте, но не при повседневной городской езде — обычный водитель вряд ли заметит разницу между «рядником» и «боксёром».
Вибрации и балансировка двигателей
Что водитель чувствует сразу, так это вибрации двигателя — они ухудшают комфорт и могут весьма серьёзно досаждать пассажирам. Помимо этого, вибрации снижают надёжность техники, поэтому инженеры тщательно балансируют моторы. В ход идут противовесы на коленвалах, двухмассовые маховики, продвинутые опоры двигателя, балансировочные валы… Но главное — изначально выбрать удачную конструкцию мотора.
В основном двигатель вибрирует от инерции поршней, совершающих возвратно-поступательные движения. Вспомните, как кивают головой пассажиры при резких разгонах и торможениях — примерно так же ведут себя поршни в конце каждого рабочего такта. В одних двигателях силы инерции и моменты от них взаимно компенсируются, в других остаются свободными, вызывая вибрацию.
Как видно из таблицы, в рядной «четвёрке» остаётся свободной сила инерции второго порядка — не столь неприятная, как первого порядка, но тоже чувствительная. Характерная дрожь мотора в определённых режимах работы — её «заслуга». В оппозитной «четвёрке» эта сила скомпенсирована, но остаётся свободный момент от неё, стремящийся повернуть двигатель вокруг вертикальной оси. Хотя его воздействие почти незаметно для водителя.
У двигателя V6 свободных моментов множество, поэтому в нём приходится применять балансировочные валы. Кстати, трёх- и пятицилиндровые рядные моторы идентичны V6 в уравновешенности, несмотря на нечётное количество цилиндров.
Худшие с точки зрения разгула свободных сил и вибраций — одно- и двухцилиндровые моторы, а также детища Volkswagen: двигатели VR5 и VR6. А лучшие, самые уравновешенные двигатели — рядные и оппозитные «шестёрки». Ну и роскошный V12, конечно.
Какой двигатель лучше
Сравнение двигателей — непростая задача, ведь у каждого автомобилиста свои требования и критерии выбора. Одним важнее надёжность и простота обслуживания, другим нужна максимальная мощность, а третьи смотрят прежде всего на расход топлива. Идеальный мотор должен совмещать все эти преимущества — быть простым и надёжным, мощным и экономичным. Но чаще всего инженерам приходится идти на компромиссы. Хороший пример сложности прямого сравнения моторов — международный конкурс «Двигатель года» (Engine of the Year), лауреаты которого являются произведением инженерного искусства, но не всегда отвечают запросам реальных автомобилистов.
Удачным получится двигатель, или не очень, определяет множество факторов: общая продуманность конструкции и степень форсировки (количество лошадиных сил на рабочий объём), применённые технические решения и экологические рамки. Но при прочих равных можно сделать общие выводы по компоновке мотора. Так, рядная «четвёрка» — базовый и самый простой двигатель большинства автомобилей, который должен быть экономичным и недорогим (конечно, бывают и исключения). Трёхцилиндровый «рядник» — бюджетный вариант для малолитражек, но он не так плох, как многие считают. V6 — агрегат более сложный и дорогой в обслуживании, хотя малофорсированные «вэшки» вполне могут быть «рабочими лошадками». V8 — показатель премиума и единственная возможность разместить сразу 8 цилиндров под капотом современного автомобиля. Рядная «шестёрка» — самая сбалансированная, простая и заслуженно любимая многими компоновка, которая встречается всё реже и реже. «Боксёры» B4 и B6 — специфичные двигатели, которые, безусловно, имеют свои плюсы и армию фанатов. Ну а с автомобильной экзотикой вроде V4, VR5 или VR6 лучше иметь дело, пока она на гарантии…
Какой двигатель лучше
Эта статья посвящена японским автомобильным двигателям, а точнее тому, как выбрать автомобиль с двигателем, который наилучшим образом соответствовал бы вашим запросам. Понятно, что автомобиль выбирают не только по тому, какой двигатель стоит на нём, но тем не менее, этот фактор нельзя «сбрасывать со счетов».
В статье описываются потребительские качества японских автомобильных двигателей, такие как надёжность, ресурс, экономичность, простота в ремонте, при эксплуатации в наших, российских условиях. Прочитав эту статью, многие могут возмутиться: «Да мой 4D56, это — же отличный двигатель, никогда не ломался, и потребляет 5 л/100 км». Поэтому сразу оговорюсь, всё написанное в этой статье основано на статистике, и если ваш 4D56 ещё не ломался, то это скоре означает, что вам просто очень повезло, и не даёт права вам говорить, что «лучше двигателя нет на свете». Хотелось бы, чтобы на эту статью особенно обратили внимание жители центральных и западных регионов нашей страны, т.к. она может помочь восполнить им недостаток опыта «общения» с японскими автомобилями.
Сделаю ещё одну оговорку — все сравнения, которые есть в статье, приведены относительно японских двигателей, и если говорится, что какой — либо двигатель проблемный, то это означает, что он имеет какие-то проблемы в эксплуатации, но не означает, что он в принципе ненадёжный. Так как практически любой, даже самый «плохой» японский двигатель, надёжнее «хорошего» русского.
1. Выбор между бензиновым и дизельным двигателем
Пожалуй, это самая «избитая» тема. Многие очень желают купить себе дизельный автомобиль, но при этом, совершенно не учитывают условия эксплуатации японского дизеля в России. Вы видели японскую, или хорошо очищенную русскую солярку? Так вот, хорошее дизельное топливо должно быть прозрачным почти как вода, и в нём не должно быть никакого синего отлива. А что заливают в баки владельцы дизельных автомобилей в нашей стране? Достают где — то «левую» солярку, слитую с какого — нибудь бульдозера или катера (да и на автозаправках она ненамного лучше). Посмотрев на это топливо, можно увидеть густо — синий отлив, который говорит о наличии в нём твёрдых примесей, что означает некачественную его очистку (этим грешат почти все наши нефтезаводы). Попадая в топливный насос (ТНВД) и форсунки дизеля (детали с очень высокой точностью изготовления), примеси в топливе изнашивают их, и в результате, постепенно увеличивается расход топлива и снижается тяга двигателя. Типичный признак сильно изношенной топливной аппаратуры дизеля — наличие чёрного выхлопа, что говорит о неполном сгорании топлива, которое в буквальном смысле «вылетает в трубу». Многие могут возразить: «Но ведь ездят же наши КАМАЗы и тракторы на нашем топливе и нет никаких проблем». Но ведь не надо сравнивать большой камазовский двигатель и малогабаритный форсированный дизель легкового автомобиля! Конечно, проблемы с топливной аппаратурой у японских дизелей начинаются не сразу, первые пару лет владельцы таких автомобилей могут радостно заливать в баки «тракторно — судовую» солярку и быть очень довольны этим. Радость улетучивается, когда приходит осознание необходимости в ремонте или замене топливной аппаратуры которая стоит весьма недёшево.
А расход топлива? Казалось бы, дизель должен быть экономичней, чем бензиновый двигатель. На самом деле, многие дизельные автомобили имеют значительно увеличенный расход топлива. Например, LAND CRUISER PRADO с дизелем 2L-TE (рабочий объём 2,45 л.), должен иметь расход топлива при городском цикле езды, ну никак не больше 14 л/100 км (даже учитывая массу этой машины). У моего знакомого такой PRADO (ещё без пробега по России) потреблял 18 л/100 км. И такие примеры не единичны, практически у всех моих знакомых, имеющих дизельные автомобили, была такая проблема. Поэтому надо запомнить — дизель только в том случае экономичен, когда он хорошо отрегулирован и у него не изношены топливная аппаратура и/или цилиндро — поршневая группа. А если это дизель с электронно — управляемым ТНВД (3С-E, 4M40, ZD30DDTi и другие так называемые EFI-Diesel), то дело ещё хуже, т.к. самостоятельно, без обращения в квалифицированный автосервис его уже не отрегулируешь.
Ещё одна проблема дизельных двигателей — треснутые или «ведёные» головки блока цилиндров. Чаще всего, это случается из — за перегрева двигателя. У бензиновых двигателей, вследствие их меньшей теплонапряжённости и другого материала головки блока, эта проблема встречается гораздо реже. Из дизелей, растрескивание головки блока чаще всего встречается у вышеупомянутых 2L-T(E) (TOYOTA) и 4D55/56 (MITSUBISHI). Причём у 2L-T(E) эта проблема возникает, именно из — за конструктивной недоработки, т.к. у аналогичного по конструкции 3L-T , но имеющего дополнительные каналы под охлаждение, этой проблемы уже нет. При перегреве, часто «ведёт» головку блока у тойотовского турбодизеля 2C-T, но у безнаддувного 2C это почти не встречается.
Так что перед покупкой дизельного автомобиля особенно актуальна поговорка: «Семь раз отмерь, один раз отрежь». Тем более что по статистке, около 70% покупок контрактных двигателей (т.е. когда люди покупают двигатель целиком, взамен вышедшего из строя) — это дизели. Конечно, покупая грузовик или большой джип, я бы наверное выбрал такой автомобиль с дизелем, но стоит ли покупать дизельную легковушку?
В заключение, хотелось бы отметить, что самые надёжные дизели, это ниссановские дизели серии TD (TD23/25/27/42), самые ненадёжные 4D55/56 (MITSUBISHI).
2. Система топливоподачи бензиновых двигателей
Выбор здесь может быть между карбюратором, карбюратором с электронным управлением, центральным впрыском топлива, многоточечным впрыском топлива и наконец, непосредственным впрыском топлива.
Двигатели с механическими карбюраторами, в Японии довольно давно сняты с производства, как не соответствующие экологическим нормам этой страны. Однако они обладали одним несомненным достоинством — в ремонте, они были ненамного сложнее двигателей «Жигулей» и «Москвичей». Но не надо забывать и недостатков карбюраторов, ведь они периодически нуждаются в чистке и регулировке, а это не такое простое дело, особенно если учесть сложность конструкции японских карбюраторов.
Автомобили, имеющие карбюраторы с электронным управлением по сути вобрали в себя недостатки как карбюраторных двигателей (сложные по конструкции карбюраторы, требующие периодической регулировки и чистки), так и двигателей с электронным впрыском (наличие сложной системы датчиков с электронным блоком управления). Выпускались автомобили с двигателями, имеющими «электронные карбюраторы» с начала 80-х годов до середины 90-х годов прошлого столетия (это двигатели GA13/15/16DS (NISSAN), ZC (HONDA) и некоторые другие).
Двигатели имеющие системы центрального (система Ci) и многоточечного электронного впрыска топлива (ситемы EFI (TOYOTA), EGI (NISSAN), PGM-FI (HONDA), ECI-MULTI (MITSUBISHI)), по надёжности, ремонтопригодности и сложности конструкции отличаются не сильно.
Системы центрального впрыска топлива были распространены в середине 80-х — начале 90-х годов и внешне, двигатели с этими системами весьма похожи на карбюраторные. Среди них 1S-Ui, 4S-Fi (TOYOTA) и SR18/20Di (NISSAN).
Двигатели имеющие системы многоточечного впрыска топлива появились в начале 80-х годов и наиболее распространены в настоящее время. На практике, эти системы требуется реже обслуживать чем карбюраторы, т.к. инжекторы и электронный блок управления двигателем обслуживания не требуют. Однако, из — за нашего «качественного» бензина возникают проблемы и с инжекторными двигателями. Дело в том, что впрысковые двигатели (наравне с электронными карбюраторами) должны работать на неэтилированном бензине с октановым числом не ниже 92.
Здесь следует рассказать, что происходит с японскими автомобилями после того как они приходят в Россию и начинают заправляться этилированным бензином. Так вот, примерно через 100 км пробега выходит из строя катализатор, на ездовые качества «железного коня» это почти не сказывается, хотя возможно небольшое снижение мощности в определённом диапазоне частоты вращения двигателя, токсичность выхлопных газов естественно увеличивается. Так как катализатор не работает, то датчик кислорода выдает неправильный сигнал в блок управления двигателем, что «не есть хорошо». Кроме того, от езды на этилированном бензине постепенно загрязняются датчики, которые соприкасаются с выхлопными газами (в первую очередь, это тот — же датчик кислорода). В большинстве случаев, проблемы из — за загрязнённых датчиков и неправильно работающего блока EFI, выражаются в увеличенном расходе топлива и начинаются не сразу после начала езды на некачественном бензине. Решаются они чисткой датчиков и диагностикой — перенастройкой электронного блока управления двигателем.
В принципе, ничего страшного от езды на этилированном бензине не происходит, например во Владивостке, большинство автомобилей с инжекторными двигателями работают на этилированном 92-м бензине и ничего ездят… Как бы то ни было, на практике, такие двигатели доставляют куда меньше хлопот, чем карбюраторные двигатели российского производства.
Двигатели с непосредственным электронным впрыском появились совсем недавно — в середине 90-х годов и называются системы такой топливоподачи по разному у каждого автопризводителя: D-4 — TOYOTA, DI — NISSAN, GDI — MITSUBISHI. По своим эксплуатационным качествам (надёжность, экономичность и.т.д.), они не сильно отличаются от обычных двигателей с многоточечным впрыском топлива, однако ещё более требовательны к качеству бензина из — за очень большой степени сжатия, достигающей 11. Именно из — за плохого качества нашего бензина, концерн TOYOTA отказался официально поставлять в нашу страну свою модель AVENSIS с новым 2-х литровым двигателем оснащаемым непосредственным впрыском топлива.
3. Двигатели с турбонаддувом
Безусловно, турбонаддув не повышает надёжности двигателя, и конечно — же, в плане надёжности, безнаддувный двигатель лучше. Наличие ротора турбокопрессора вращающегося с очень большой скоростью, предопределяет повышенные требования двигателя к качеству масла. К тому — же если давление наддува высокое, то это снижает ресурс самого двигателя (обычно у высокофорсированных бензиновых двигателей).
Проблемы с турбонаддувом начинаются в виде увеличенного расхода масла, который может достигать 1 л/100 км пробега. Если продолжать ездить с неисправной турбиной, то она может окончательно выйти из строя (т.е. её просто заклинит). Происходит это из — за износа подшипников турбокомпрессора, которые являются самым слабым местом в агрегате турбонаддува. Кстати, стоимость восстановления нормальной работоспособности турбины порой достигает 70% от стоимости самого агрегата наддува (правда б/у, а не нового).
Некоторые двигатели имеют промежуточное охлаждение наддувочного воздуха (т.н.з. INTERCOOLER), который охлаждает воздух, после сжатия в компрессоре. На некоторых двигателях применяют турбокомпрессоры с охлаждением — корпус имеет рубашку охлаждения, через которую прокачивается охлаждающая жидкость. Такие турбокомпрессоры имеют гораздо больший ресурс, т.к. работают в более «мягких» условиях.
Отмечу что, в большинстве случаев, проблемы с турбонаддувом встречаются у довольно старых автомобилей, возраст которых превышает 10 лет, хотя конечно — же эта цифра может сильно варьироваться от интенсивности эксплуатации автомобиля, манеры езды и.т.д. В принципе, турбонаддувных двигателей не надо бояться, но нужно не забывать про их повышенные требования к качеству масла и желательно иметь турботаймер, который может значительно увеличить срок службы турбокомпрессора.
4. Число и расположение цилиндров
Рассмотрим наиболее часто встречающиеся случаи компоновки японских двигателей.
Самый распространённый случай — рядные 4-х цилиндровые двигатели. Наиболее просты в обслуживании и ремонте, больше сказать про них просто нечего.
Очень большим ресурсом и надёжностью обладают рядные 6-ти цилиндровые двигатели. Это объясняется, во-первых, большим количеством опорных шеек коленвала, а следовательно их минимальным износом (т.к. на каждую из них приходится сравнительно небольшая нагрузка), во-вторых полной уравновешенностью этих двигателей, что означает минимальный уровень вибрации двигателя. Вообще, эти двигатели отличаются очень малой шумностью по сравнению с другими типами двигателей. Для лековых автомобилей, выпускают их только два ведущих автопроизводителя Японии: TOYOTA (двигатели 1G, 1/2JZ, 1HZ) и NISSAN (RB20/25/26, TB45E, RD28, TD42). Все эти двигатели обладают огромным ресурсом, достигающим 1 млн. км. пробега.
В последнее время, очень популярны стали V-образные 6-ти цилиндровые двигатели (в основном бензиновые). При поперечном расположении двигателя в моторном отсеке и большом рабочем объёме (более 2,0 — 2,5 л) это, по сути единственный способ его компоновки. Однако, V-образные 6-ки обладают следующими недостатками:
1. Более сложны в ремонте и обслуживании по сравнению с рядными двигателями.
2. Ресурс опорных шеек коленвала снижен по сравнению с рядными двигателями, т.к. на каждую из них приходится двойная нагрузка.
3. Не являются полностью уравновешенными.
Так что, как видите, наличие шильдика V6 на автомобиле, ни о чём хорошем не говорит. А выпускают двигатели с таким расположением цилиндров все автопроизводители Японии кроме SUBARU и DAIHATSU.
На дорогих автомобилях встречаются V-образные 8-ми цилидровые двигатели. Им присущи все недостатки V-образных шестёрок, которые перечислены выше. Но такие двигатели (как и некоторые V-образные 6-ти цилиндровые), отличаются очень низким уровнем шумов и вибрации, так как по уравновешенности они уступают только рядным шестёркам и 12-ти цилиндровым V-образным двигателям. Кроме того, для уменьшения вибрации, на таких двигателях обычно применяют дополнительные противовесы на шейках коленчатого вала. Выпускают V-образные восьмёрки TOYOTA (1/2/3UZ), NISSAN (VK45DD, Vh55DE) и MITSUBISHI (8A80).
Оппозитные двигатели (4-х и 6-ти цилиндровые) выпускает только SUBARU (серии EA и EJ). Отличаются они высокой прочностью и надёжностью, но их весьма трудно обслуживать, одна замена ремня ГРМ только чего стоит…
5. Фирма — производитель
По этому пункту, всегда много споров, т.к. один говорит что надёжнее двигателей TOYOTA ничего быть не может, другому подавай только NISSAN, а третий вполне доволен MITSUBISHI. Короче говоря, полная неразбериха…(обычно каждый хвалит машины той марки, на которой ездит и при этом обругивает машину соседа другой фирмы-производителя, которую никогда не эксплуатировал). Сразу отмечу, что многое навесное оборудование на японских двигателях выпускается третьими фирмами и, например, на двигателе LD20T-II (NISSAN) навешен генератор HITACHI, который с таким — же успехом может стоять на 2С-Т (TOYOTA) и соответственно, вероятность выхода из строя генератора на том и другом двигателе — одинакова. В основном, всё сказанное ниже, будет касаться механической части двигателей, а не их навесного оборудования.
Toyota
Двигатели этой фирмы проще всего в ремонте и весьма надёжны (хотя, конечно, двигатель двигателю — рознь). В них нечасто встречаются такие «навороты» как балансировочные валы (что очень любит MITSUBISHI), системы изменения фаз газораспределения (хотя TOYOTA всё шире внедряет систему VVTi) и подобные вещи не самым лучшим образом, сказывающиеся на надёжности. Подкапотное пространство легковушек TOYOTA хорошо организованно, обслуживание двигателя обычно затруднений не представляет.
Среди двигателей TOYOTA встречаются как очень хорошие и надёжные двигатели, так и явно неудачные агрегаты. Самыми лучшими можно назвать рядные 6-ти цилиндровые двигатели серий 1G и JZ. Очень проста в ремонте и беспроблемна широко распространённая серия A (кроме 4A-GE, имеющего 5 клапанов на цилиндр). Да и большинство остальных двигателей TOYOTA особых хлопот не доставляют. К неудачным, можно отнести вышерассмотренные дизели 2L-T(E), 2C-T, а также бензиновые двигатели серии VZ, у которых довольно быстро изнашиваются опорные шейки коленвала.
Nissan
Это самые надёжные и неприхотливые японские двигатели (предвижу что тут многие со мной не согласятся), однако судите сами:
1. Только NISSAN широко выпускает двигатели с цепным или шестерёнчатым приводами газораспределительного механизма, которые несомненно надёжнее резиновых зубчатых ремней.
2. У дизелей NISSAN, случаи коробления или растрескивания головки блока цилиндров при перегреве двигателя очень редки.
3. Многие бензиновые двигатели NISSAN могут довольно долго ездить на 76-м бензине и «не замечать» этого, хотя злоупотреблять этим конечно — же не стоит.
Могу привести ещё пару примеров качества двигателей NISSAN. Так двигатели VQ стоящие на моделях MAXIMA/CEFIRO, CEDRIC и многих других моделях, уже 7 лет подряд признаются лучшими в мире (!) среди своих одноклассников.
Дизельные двигатели серии TD стоящие на моделях TERRANO/PASFINDER, SAFARI/PATROL, CARAVAN/URVAN были разработаны изначально как двигатели для катеров (а судовые двигатели вообще отличаются большей надёжностью по сравнению с автомобильными) и имеют шестерёнчатый (!) привод газораспределительного механизма (справедливости ради скажу, что шестерёнчатый привод ГРМ встречается и на тойотовском дизеле 3В). Проблемы с этими двигателями если и бывают, то касаются, в основном, топливной системы, что касается любых дизелей.
К недостаткам двигателей NISSAN можно отнести большую сложность в ремонте и обслуживании, по сравнению с TOYOTA. В основном это связано с тем, что под капотом у ниссанов всё весьма плотно «упаковано».
Отмечу, что самыми надёжными ниссановскими двигателями являются RB20/25/26, SR18/20, TD23/25/27/42, GA13/15/16.
Особо проблемных двигателей у NISSAN не было, хотя не очень удачны двигатели CA18/20 (из-за двухконтурной системы зажигания) и VG20/30 (быстрый износ опорных шеек коленчатого вала).
Mitsubishi
Пожалуй самые проблемные и сложные в ремонте японские двигатели. Конструкторы двигателей MITSUBISHI, видимо не искали простых и надёжных решений. Широкое применение балансировочных валов, пластмассовых карбюраторов, V-образного расположения цилиндров, систем непосредственного впрыска топлива, конечно — же не повышают надёжности и ремонтопригодности двигателей. Например, многие удивляются тому, как мягко работают рядные четырёхцилиндровые двигатели, стоящие на модели GALANT, но ведь достигается это «исскуственным» путём, за счёт применения балансировочных валов. Пока с двигателем проблем нет и эти валы нормально работают, всё хорошо, но как только происходит обрыв привода к валам (что частенько бывает с не новыми агрегатами), то двигатель не расчитанный на работу без них, скоро может попасть в серьёзный ремонт. Очень проблемны дизели 4D55 и 4D56 с турбонаддувом, на них часто лопаются головки блока цилиндров, материал которых не выдерживает низких температур русских зим.
Низкие температуры очень сильно влияют на надёжность головок и вот почему — трещины в головках появляются вследствие высоких температурных напряжений. Чем выше разность температур по обе стороны стенки, тем выше температурные напряжения. А теперь представьте — минус 20, Вы заводите двигатель и не прогрев его до рабочей температуры (очень долго ждать и многие этого не делают) начинаете движение. Происходит интенсивный нагрев головки со стороны камеры сгорания, при том, что температура всей головки и охлаждающей жидкости ещё ниже рабочей. В такой ситуации температурные напряжения очень высокие, плюс механические напряжения от давления газов. Конечно за один и даже десять раз трещина сразу не появится. Но постепенно появляются микротрещины, которые затем перерастают в такие, что через них газы прорываться в охлаждающую жидкость. Высокие температурные напряжения могут быть и на прогретом двигателе, если продолжительное время двигатель работает под нагрузкой при полной подачи топлива.
Кстати на дизелях без наддува трещины в головках практически не встречаются, и дело именно в более низких температурных напряжениях, т.к. происходит сгорание меньшего количества топлива и температура газов в цилиндре, соответственно меньше.
Головная боль автомехаников — EFI — дизель 4M40 (т.е. дизель с электронно — управляемым ТВНД) , который часто встречается на модели PAJERO.
Подведя итог под двигателями MITSUBISHI можно сказать так — эти двигатели рассчитаны на очень квалифицированное и своевременное обслуживание. И если вы покупаете автомобиль MITSUBISHI, то лучше берите его двигателем «попроще», например с 4G15, который встречается на модели LANCER.
Honda
Этот автопроизводитель выпускает очень качественные, с минимальным количеством дефектов двигатели. Если нормально эксплуатировать двигатель HONDA (т.е. своевременно производить ТО и не заливать в него некачественные масло и бензин), то он не будет доставлять вам неприятных сюрпризов. Однако у хондовских моторов есть свои особенности, с которыми нельзя не считаться:
1) Многие (но не все!) двигатели этой фирмы имеют высокую степень форсировки, поэтому нередки случаи когда, например, привозят из Японии какую-нибудь HONDA INTEGRA (у которой красная зона на тахометре начинается с 8000 об/мин) и её двигатель уже требует капитального ремонта, т.к. свой ресурс он уже выработал.
2) Из — за таких распространённых у HONDA «наворотов», как: VTEC, два карбюратора с электронным управлением на один двигатель и.т.д., часто возникают большие сложности при ремонте. Даже коленчатый вал у двигателей HONDA вращается в обратную сторону, по сравнению с остальными японскими двигателями!
3) Эти двигатели очень требовательны к качеству масла и топлива, причём, особенно это касается высокофорсированных двигателей.
Но большинство вышеназванных проблем связаны с «навороченными» и форсированными двигателями HONDA, если же у вас «спокойный» двигатель (например F23A или C35A), то бояться особенно нечего.
Mazda
Двигатели этой фирмы твёрдые «середнячки» по всем параметрам, не самые надёжные, но и не самые проблемные. MAZDA вообще не очень любит экспериментировать со своими двигателями (если не считать роторных агрегатов), поэтому отсутствие различных новшеств положительно сказывается на их надёжности и ремонтопригодности. По этим показателям, моторы MAZDA лишь немного хуже двигателей TOYOTA.
Subaru
Большинство двигателей этой фирмы имеют оппозитную компоновку которая обеспечивает очень высокую прочность и жёсткость блока цилиндров, но в то — же время делает двигатель сложным в ремонте. Старые двигатели, серии EA82 (выпускались примерно до 1989 года) славятся своей надёжностью. Более новые двигатели серии EJ (EJ15, EJ18, EJ20, EJ25, EJ30) ставящиеся на различные модели SUBARU с 1989 года и по настоящее время, менее надёжны, но в принципе, это довольно неплохие двигатели. Они отличаются умеренной степенью форсировки и отсутствием изменяемых фаз газораспределения, систем непосредственного впрыска топлива и.т.п. Кстати, дизели на автомобили марки SUBARU, как и на HONDA не ставят. По требовательности к качеству масла и топлива, двигатели SUBARU находятся примерно на уровне TOYOTA (т.е. среднем).
Suzuki
Про моторы SUZUKI нельзя сказать ничего плохого, особых хлопот они не доставляют. Правда сказать что-либо про маленькие моторчики с рабочим объёмом 660 см3 (SUZUKI выпускает много автомобилей с такими двигателями), я не могу, а вот про двигатели, которые ставят на популярную модель ESCUDO/VITARA можно сказать следующее: рядные 4-х цилиндровые G16A (рабочий объём 1,6 л.) надёжны и довольно просты в ремонте, более новые V-образные 6-ти цилиндровые J20A (рабочий объём 2,0 л.) и h35A (рабочий объём 2,5 л.) более капризны.
Daihatsu
Честно говоря, из — за того, что этих автомобилей мало, то соответственно информации по ним тоже мало. Каких-то характерных для этих двигателей дефектов не замечено, тем более что различными «наворотами» типа изменяемых фаз газораспределения, конструкторы DAIHATSU не увлекаются.
Isuzu
Этот автопроизводитель давно прекратил выпуск собственных моделей легковых автомобилей и в основном известен своими грузовиками и джипами на которые ставят, по большей части, дизельные двигатели. А дизели ISUZU славятся своей надёжностью и неприхотливостью (хотя дизель 4JX1, ставящийся на модель BIGHORN/TROOPER всё — таки менее надёжен чем ниссановский TD27). Что касается бензиновых двигателей ISUZU, то ничего плохого про них не слышал, тем более что они относительно просты по конструкции.
Заключение
В заключение хотелось бы сказать, что самый лучший и надёжный двигатель — это тот, который правильно эксплуатируют.
Двигатели переменного и постоянного тока: различия и преимущества
Электродвигатели играют важную роль почти во всех отраслях промышленности. Использование двигателя правильного типа с высококачественными деталями и регулярным обслуживанием обеспечивает бесперебойную работу вашего предприятия и предотвращает повреждение оконечного оборудования из-за износа или скачков напряжения.
Gainesville Industrial Electric может помочь вашей компании выбрать правильные промышленные электродвигатели и детали для ваших приложений.
A Primer on Electric Motors
Электродвигатели — это машины, которые преобразуют электрическую энергию — из накопленной мощности или прямого электрического соединения — в механическую энергию за счет создания вращательной силы.Два основных типа электродвигателей :
- Двигатели переменного тока , которые питаются от переменного тока
- Двигатели постоянного тока , которые питаются постоянным током
Как работают электродвигатели
И переменного тока, и Электродвигатели постоянного тока используют электрический ток для создания вращающихся магнитных полей, которые, в свою очередь, создают вращательную механическую силу в якоре, расположенном на роторе или статоре, вокруг вала. В различных конструкциях двигателей используется одна и та же базовая концепция для преобразования электрической энергии в мощные всплески силы и обеспечения динамических уровней скорости или мощности.
Компоненты главного двигателя
Хотя электродвигатели могут отличаться от одной конструкции или типа к другому, многие из них содержат следующие детали и узлы (расположены от центра, направленного наружу):
- Центральный вал двигателя
- Обмотки
- Подшипники (для уменьшения трения и износа)
- Якорь (расположен на роторе, вращающейся части или статоре, неподвижной части)
- Щетки (в двигателях постоянного тока)
- Клеммы
- Рама и торцевые щитки
Типы электродвигателей: AC vs.Двигатели постоянного тока
Двигатели переменного и постоянного тока — это широкие категории двигателей, которые включают меньшие подтипы. Например, асинхронные двигатели, линейные двигатели и синхронные двигатели — это все типы двигателей переменного тока. Двигатели переменного тока также могут включать в себя частотно-регулируемые приводы для управления скоростью и крутящим моментом двигателя, в то время как двигатели постоянного тока доступны в моделях с самовозбуждением и с раздельным возбуждением.
Привод с регулируемой скоростью переменного тока
Двигатель переменного тока по сравнению с двигателем постоянного тока Преимущества
Каждый тип двигателя имеет различные преимущества, которые делают их наиболее подходящими для различных коммерческих и промышленных применений. Электродвигатели переменного тока , например, универсальны и просты в управлении. Некоторые из их других преимуществ включают:
- Низкие требования к пусковой мощности, которые также защищают компоненты на принимающей стороне
- Контролируемые уровни пускового тока и ускорения
- Надстройки частотно-регулируемого привода или частотно-регулируемого привода, которые могут управлять скоростью и крутящим моментом на разных этапах используйте
- Высокая надежность и более длительный срок службы
- Возможности для многофазных конфигураций
Двигатели постоянного тока также обладают собственными преимуществами , такими как:
- Более простая установка и обслуживание
- Высокая пусковая мощность и крутящий момент
- Быстрое время отклика на запуск, остановку и ускорение
- Наличие нескольких стандартных напряжений
Какой двигатель более мощный: переменного или постоянного тока?
Двигатели переменного тока обычно считаются более мощными, чем двигатели постоянного тока, поскольку они могут создавать более высокий крутящий момент за счет использования более мощного тока.Однако двигатели постоянного тока обычно более эффективны и лучше используют входную энергию. Двигатели переменного и постоянного тока бывают разных размеров и мощностей, которые могут удовлетворить любые отраслевые требования к питанию.
Применение двигателей переменного и постоянного тока
Двигатели переменного и постоянного тока находят применение в технологических процессах и объектах практически во всех отраслях промышленности. Некоторые из наиболее распространенных промышленных приложений для двигателей переменного тока включают:
- Приборы
- Компрессорные приводы и системы
- Компьютеры
- Конвейерные системы
- Вентиляторы и кондиционеры
- Гидравлические и ирригационные насосы
- Транспортное оборудование
Типичные промышленные применения двигателей постоянного тока включают:
- Производство и производственные единицы
- Оборудование, требующее постоянной мощности, такое как пылесосы, лифты и швейные машины
- Складское сортировочное оборудование
Выбор подходящего электрического Электродвигатель для вашего промышленного применения
Установка и обслуживание правильных электродвигателей на предприятиях и оборудовании вашей компании является важным шагом к обеспечению бесперебойной работы и производства.
Gainesville Industrial Electric продает и обслуживает двигатели переменного и постоянного тока, запчасти и многое другое. Мы также являемся авторизованным заводским гарантийным центром. Чтобы получить помощь в выборе подходящего электродвигателя или промышленной сборки для вашего применения, свяжитесь с нами или запросите дополнительную информацию сегодня, чтобы получить ценовое предложение.
Связанное содержание:
В чем разница между двигателями переменного, постоянного тока и ЕС?
Загрузите эту статью в формате PDF.
Для применения в двигателях инженеры имеют в своем распоряжении несколько вариантов. Обычно инженеры могут выбирать между двигателями постоянного (DC) или переменного (AC) тока. Модель Machine Design В прошлом учитывала разницу между основными типами двигателей.
Самые последние типы двигателей, которые вступают в бой, — это двигатели, которые помогают контролировать выходную мощность и повышать энергоэффективность. Эти двигатели с электронной связью (ЕС) делают успехи в замене двигателей постоянного и переменного тока; особенно с необходимостью соблюдения нормативов энергоэффективности.
% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df2771ff6d5f267ee2830f1» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Www Machinedesign Com Сайты Machinedesign com Файлы Wtd Motors Cross Section «data-embed-src =» https://base.imgix.net/files/base/ebm/machinedesign/image/2017/08/www_machinedesign_com_sites_machinedesign.com_files_WTDMotors_Cross_section=format? max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}%
ЕС-двигатели — это бесщеточные двигатели постоянного тока, которые управляются внешней электронной платой.Это обеспечивает больший контроль и более высокую эффективность.
Основы двигателей постоянного и переменного тока
В двигателяхпостоянного тока используются угольные щетки и коммутационное кольцо для переключения направления тока и полярности магнитного поля во вращающемся якоре. Это взаимодействие между внутренним ротором и постоянными магнитами вызывает вращение двигателя.
Согласно maxon motors, двигатели постоянного тока ограничены их щеточной системой и имеют срок службы 1000-1500 часов; менее 100 часов при экстремальных нагрузках.Некоторые двигатели могут проработать до 15 000 часов при благоприятных условиях эксплуатации. Высокая скорость вращения ограничивается только коммутацией, обычно достигая примерно 10 000 оборотов в минуту.
Двигатели постоянного токаимеют высокий КПД, но страдают от удельных потерь. Они теряют эффективность из-за начального сопротивления обмотки, трения щетки и потерь на вихревые токи.
В асинхронных двигателяхпеременного тока используется серия катушек, питаемых и управляемых входным переменным напряжением. Поле статора создается входным напряжением, а поле ротора индуцируется полем статора.Другой тип двигателя переменного тока — это синхронный двигатель, который может работать с точной частотой питания. Магнитное поле создается током, подаваемым через контактные кольца или постоянный магнит. Они работают быстрее асинхронных двигателей из-за того, что скорость уменьшается из-за скольжения асинхронного двигателя.
Двигатели переменного тока предназначены для работы в определенной точке кривой производительности. Эта кривая совпадает с пиковым КПД двигателя. За пределами этой точки КПД двигателя значительно падает.Двигатели переменного тока потребляют дополнительную энергию для создания магнитного поля, вызывая ток на роторе. Следовательно, двигатели переменного тока менее эффективны, чем двигатели постоянного тока. Фактически, двигатель постоянного тока на 30% эффективнее двигателей переменного тока из-за вторичного магнитного поля, создаваемого постоянными магнитами, а не медными обмотками.
КПД двигателей с электронной коммутацией
% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df2771ff6d5f267ee2830f3» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Www Machinedesign Com Сайты Machinedesign com Файлы Wtd Motors Chart «data-embed-src =» https: // base.imgix.net/files/base/ebm/machinedesign/image/2017/08/www_machinedesign_com_sites_machinedesign.com_files_WTDMotors_Chart.png?auto=format&fit=max&w=1440 «data-embed-caption =» «]}%
На диаграмме сравнивается КПД двигателя EC, трехфазного асинхронного двигателя переменного тока, однофазного асинхронного двигателя переменного тока и двигателя с экранированными полюсами.
ЕС-двигателипредставляют собой бесщеточные двигатели постоянного тока, управляемые внешней электроникой — электронной платой или частотно-регулируемым приводом.Ротор содержит постоянные магниты, а статор имеет набор фиксированных обмоток. Механическая коммутация осуществляется электронной схемой. Печатная плата переключает фазы в неподвижных обмотках, чтобы двигатель продолжал вращаться. Это обеспечивает необходимый ток якоря. Когда ток подается в правильном направлении в точное время, достигается более высокая точность. Поскольку скорость двигателя контролируется внешней электроникой, ЕС-двигатели не имеют ограниченной синхронной скорости.
ЭлектродвигателиEC имеют несколько преимуществ. Поскольку двигатели EC не имеют щеток, они не искрятся или имеют короткий срок службы из-за щеток. Другие преимущества включают тот факт, что они не тратят впустую энергию, потому что электроника управляет статором; они обеспечивают лучшую производительность и управляемость, и они работают холоднее, чем асинхронные двигатели. По размеру малые двигатели могут достигать той же мощности, что и традиционные двигатели постоянного или переменного тока. Кроме того, меньший двигатель экономит место, а когда производитель использует внешний ротор, а не валовой двигатель, возможна еще большая экономия места.
Распределение мощности намного чище с двигателем EC. Бесщеточные двигатели постоянного тока зависят от отдельного источника постоянного тока. А источник питания двигателя переменного тока обычно увеличивает стоимость и сложность. ЕС-двигатели могут подключаться напрямую к основному источнику питания переменного тока с помощью встроенной электроники. Они не полностью зависят от напряжения или частоты; следовательно, небольшие изменения напряжения не влияют на мощность двигателя.
При сравнении КПД ЕС-двигателя с электродвигателем с экранированным полюсом переменного тока или электродвигателем с постоянным разделением полюсов переменного тока, электродвигатели с экранированными полюсами имеют диапазон КПД от 15 до 25%, конденсаторы с постоянным разделением полюсов (PSC) — от 30 до 50%, и двигатели EC имеют КПД от 60 до 75%.В отчете Министерства энергетики за 2013 год двигатели с электронным управлением были признаны наиболее эффективным вариантом модернизации для современных двигателей.
В отчете говорится: «Диапазон КПД для PSC очень широк, например 35-50% в приложениях с воздушным потоком, особенно при работе с нагрузкой ниже полной. ЕС-двигатели могут иметь более узкий диапазон КПД на разных скоростях, обычно около 70% для двигателей с дробной мощностью и выше 80% для двигателей с общей мощностью.”
% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df2771ff6d5f267ee2830f5» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Www Machinedesign Com Сайты Machinedesign com Files Wtd Motors Fig «data-embed-src =» https://base.imgix.net/files/base/ebm/machinedesign/image/2017/08/www_machinedesign_com_sites_machinedesign.com_files_WTDMotors_Fig.png&wit=mat=format = 1440 «data-embed-caption =» «]}%
ЕС-двигатели используются в приложениях с более низкой выходной мощностью (например,g., малые вентиляторы, серводвигатели и системы управления движением). Они также находят свое применение в нескольких небольших устройствах с высокими потребностями в выходной мощности, включая конвейерные ленты и конденсаторные блоки.
Что касается управления скоростью, EC-двигатели имеют несколько регуляторов скорости в качестве стандартной опции. Например, электродвигатели переменного тока доступны с несколькими скоростями с дополнительным внешним регулятором скорости. Внешний контроллер регулирует входное напряжение для двигателей переменного тока, которое изменяет их синусоидальную волну и, в свою очередь, увеличивает срок службы двигателя и увеличивает шум.
Для двигателей EC, схемы коммутации 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%. Интегральная схема упрощает мониторинг ЕС-двигателей, и разработчик может легко получить к ним доступ для получения обратной связи. Наконец, ЕС-двигатели обеспечивают плавный пуск, снижение шума и более низкую температуру двигателя.
ЭлектродвигателиEC обычно используются для приложений с меньшей выходной мощностью, таких как небольшие вентиляторы, серводвигатели и системы управления движением.Однако с развитием электроники и материалов ЕС-двигатели находят применение в сценариях с большей выходной мощностью, до 12 кВт и выше. Некоторые мелкие бытовые приборы тоже являются игрой, включая конвейерные ленты и конденсаторные агрегаты.
% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df2771ff6d5f267ee28306e» data-embed-element = «aside» data-embed-alt = «Www Machinedesign Com Sites Machinedesign com Files Link Source Esb For Части Rev Caps 0 «data-embed-src =» https://base.imgix.net/files/base/ebm/machinedesign/image/2017/08/www_machinedesign_com_sites_machinedesign.com_files_Link ___ SourceESB_Looking_for_partsREV_caps_0.png? auto = format & fit = max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}%
В чем разница между двигателями переменного тока и двигателями постоянного тока?
Между двигателями переменного и постоянного тока существует много различий. Наиболее очевидное различие — это тип тока, который каждый двигатель превращает в энергию: переменный ток в случае двигателей переменного тока и постоянный ток в случае двигателей постоянного тока. Двигатели переменного тока известны своей повышенной выходной мощностью и эффективностью, в то время как двигатели постоянного тока ценятся за их регулировку скорости и диапазон выходной мощности.Двигатели переменного тока доступны в одно- или трехфазной конфигурации, тогда как двигатели постоянного тока всегда однофазные.
Подробнее о электродвигателях переменного тока
В двигателе переменного тока энергия поступает из магнитных полей, создаваемых через катушки, намотанные вокруг выходного вала. Двигатели переменного тока состоят из нескольких частей, включая статор и ротор. Двигатели переменного тока эффективны, долговечны, бесшумны и универсальны, что делает их жизнеспособным решением для многих потребностей в производстве электроэнергии.
К двум типам двигателей переменного тока относятся:
- Синхронный: Синхронный двигатель вращается с той же скоростью, что и частота питающего тока, что и дало ему название.Синхронные двигатели состоят из статора, ротора и синхронных двигателей, которые используются в широком спектре приложений.
- Индукция: Асинхронные двигатели — это самые простые и самые надежные из имеющихся электродвигателей. Эти электродвигатели переменного тока состоят из двух электрических узлов: статора с обмоткой и узла ротора. Электрический ток, необходимый для вращения ротора, создается за счет электромагнитной индукции, создаваемой обмоткой статора. Асинхронные двигатели являются одними из наиболее часто используемых типов двигателей в мире. Электродвигатели переменного тока
используются в различных сферах применения, включая насосы для предприятий общественного питания, водонагреватели, садовое и газонное оборудование и многое другое.
Подробнее о двигателях постоянного тока
Энергия, используемая двигателем постоянного тока, поступает от батарей или другого генерируемого источника энергии, обеспечивающего постоянное напряжение. Двигатели постоянного тока состоят из нескольких частей, наиболее известными из которых являются подшипники, валы и редуктор или шестерни. Двигатели постоянного тока обеспечивают лучшее изменение скорости и управление, а также обеспечивают больший крутящий момент, чем двигатели переменного тока.
К двум типам двигателей постоянного тока относятся:
- Матовый: Один из самых старых типов двигателей, щеточные двигатели — это электродвигатели с внутренней коммутацией, работающие от постоянного тока. Щеточные двигатели состоят из ротора, щеток, оси, а заряд и полярность щеток управляют направлением и скоростью двигателя.
- Бесщеточные: В последние годы бесщеточные двигатели приобрели популярность во многих сферах применения, в основном из-за их эффективности.Бесщеточные двигатели устроены так же, как и щеточные двигатели, за исключением, конечно, щеток. Бесщеточные двигатели также включают специализированную схему для управления скоростью и направлением. В бесщеточных двигателях вокруг ротора установлены магниты, что повышает эффективность.
Двигатели постоянного тока используются в широком спектре приложений, включая электрические инвалидные коляски, ручные распылители и насосы, кофеварки, внедорожное оборудование и многое другое.
Как работают моторы и как выбрать мотор для любого проекта
Как работают двигатели и как выбрать правильный двигатель
Моторы можно найти практически везде.Это руководство поможет вам изучить основы электродвигателей, доступные типы и способы выбора правильного электродвигателя. Основные вопросы, на которые нужно ответить при принятии решения о том, какой двигатель лучше всего подходит для применения, — это какой тип выбрать и какие характеристики имеют значение.Как работают моторы?
Электродвигатели работают, преобразуя электрическую энергию в механическую энергию для создания движения. Сила создается внутри двигателя за счет взаимодействия между магнитным полем и переменным (AC) или постоянным (DC) током обмотки.С увеличением силы тока увеличивается и сила магнитного поля. Помните о законе Ома (V = I * R); напряжение должно увеличиваться, чтобы поддерживать тот же ток при увеличении сопротивления. Электродвигатели имеют множество применений. Обычные промышленные применения включают воздуходувки, станки и электроинструменты, вентиляторы и насосы. Любители обычно используют двигатели в небольших приложениях, требующих движения, таких как робототехника или модули с колесами.
Типы двигателей:
Есть много типов двигателей постоянного тока , но наиболее распространены щеточные или бесщеточные.Также существуют вибрационные двигатели, шаговые двигатели и серводвигатели.Щеточные двигатели постоянного тока являются одними из самых простых и используются во многих бытовых приборах, игрушках и автомобилях. Они используют контактные щетки, которые подключаются к коммутатору для изменения направления тока. Они недороги в производстве, просты в управлении и обладают отличным крутящим моментом на низких скоростях (измеряется в оборотах в минуту или об / мин). Некоторые недостатки заключаются в том, что они требуют постоянного обслуживания для замены изношенных щеток, имеют ограниченную скорость из-за нагрева щеток и могут создавать электромагнитный шум из-за искрения щеток.
Щеточный двигатель постоянного тока
Бесщеточные двигатели постоянного тока используют постоянные магниты в роторном узле. Они популярны на рынке хобби для применения в самолетах и наземных транспортных средствах. Они более эффективны, требуют меньше обслуживания, производят меньше шума и имеют более высокую удельную мощность, чем щеточные двигатели постоянного тока. Они также могут производиться серийно и напоминать двигатель переменного тока с постоянной частотой вращения, за исключением того, что они питаются от постоянного тока. Однако есть несколько недостатков, в том числе то, что ими трудно управлять без специального регулятора, и они требуют низких пусковых нагрузок и специализированных редукторов в приводных приложениях, что приводит к более высоким капитальным затратам, сложности и экологическим ограничениям.
Бесщеточный двигатель постоянного тока
Вибрационные двигатели используются в приложениях, требующих вибрации, например, в мобильных телефонах или игровых контроллерах. Они генерируются электродвигателем и имеют несбалансированную массу на приводном валу, которая вызывает вибрацию. Их также можно использовать в неэлектронных зуммерах, которые вибрируют для звуковой сигнализации или для сигналов тревоги или дверных звонков.
Вибрационный двигатель
Когда требуется точное позиционирование, шаговые двигатели — ваш друг.Они используются в принтерах, станках и системах управления технологическими процессами и рассчитаны на высокий удерживающий момент, что дает пользователю возможность переходить от одного шага к другому. У них есть система контроллера, которая определяет положение посредством сигнальных импульсов, отправляемых драйверу, который интерпретирует их и передает пропорциональное напряжение на двигатель. Их относительно просто изготовить и контролировать, но они постоянно потребляют максимальный ток. Расстояние небольшого шага ограничивает максимальную скорость, и шаги можно пропустить при высоких нагрузках.
Шаговый двигатель
Серводвигатели — еще один популярный мотор для любителей, который используется для неточного управления положением. Их популярные приложения включают приложения дистанционного управления, такие как игрушечные радиоуправляемые автомобили и робототехника. Они состоят из двигателя, потенциометра и схемы управления и в основном управляются с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ), посредством отправки электрических импульсов на провод управления. Сервоприводы могут быть как переменного, так и постоянного тока. Сервоприводы переменного тока могут справляться с более высокими скачками тока и используются в промышленном оборудовании, тогда как сервоприводы постоянного тока предназначены для небольших любительских приложений.Чтобы узнать больше о сервоприводах, ознакомьтесь с нашей статьей Как работают серводвигатели .
Существует три основных типа двигателей переменного тока: асинхронные, синхронные и промышленные.
Асинхронные двигатели называются асинхронными двигателями, поскольку они не вращаются с одинаковой постоянной скоростью или не медленнее, чем указанная частота. Скольжение , разница между фактической и синхронной скоростью, необходима для создания крутящего момента , крутящего момента, вызывающего вращение, в асинхронных двигателях.Магнитное поле, окружающее ротор этих двигателей, создается индуцированным током.
Ротор синхронных двигателей вращается с постоянной скоростью при подаче переменного тока. Их магнитное поле создается постоянными магнитами. Промышленные двигатели предназначены для трехфазных систем с высокой мощностью, таких как конвейеры или воздуходувки. Двигатели переменного тока также можно найти в бытовой технике и других приложениях, таких как часы, вентиляторы и дисководы.
Что нужно учитывать при покупке мотора:
При выборе двигателя необходимо обратить внимание на несколько характеристик, но наиболее важными являются напряжение, ток, крутящий момент и скорость (об / мин).Ток питает двигатель, и слишком большой ток приведет к его повреждению. Для двигателей постоянного тока важны рабочий ток и ток остановки. Рабочий ток — это средняя величина тока, которую двигатель может потреблять при типичном крутящем моменте. Ток останова обеспечивает достаточный крутящий момент для двигателя, чтобы работать со скоростью останова, или 0 об / мин. Это максимальный ток, который двигатель может потреблять, а также максимальная мощность, умноженная на номинальное напряжение. Радиаторы важны, если двигатель постоянно работает или работает с напряжением выше номинального, чтобы катушки не плавились.
Напряжение используется для поддержания протекания чистого тока в одном направлении и для преодоления обратного тока. Чем выше напряжение, тем выше крутящий момент. Номинальное напряжение двигателя постоянного тока указывает на наиболее эффективное напряжение во время работы. Обязательно подайте рекомендованное напряжение. Если вы подадите слишком мало вольт, двигатель не будет работать, а слишком высокое напряжение может привести к короткому замыканию обмоток, что приведет к потере мощности или полному разрушению.
Рабочие значения и значения остановки также необходимо учитывать с крутящим моментом.Рабочий крутящий момент — это величина крутящего момента, которую двигатель был спроектирован для передачи, а крутящий момент при остановке — это величина крутящего момента, создаваемая при подаче мощности от скорости остановки. Вы всегда должны смотреть на требуемый рабочий крутящий момент, но в некоторых приложениях вам потребуется знать, насколько далеко вы можете толкнуть двигатель. Например, для колесного робота хороший крутящий момент равен хорошему ускорению, но вы должны убедиться, что крутящий момент сваливания достаточно высок, чтобы поднять вес робота. В этом случае крутящий момент важнее скорости.
Скорость или скорость (об / мин) может быть сложной для двигателей. Общее правило состоит в том, что двигатели наиболее эффективно работают на самых высоких скоростях, но это не всегда возможно, если требуется передача. Добавление шестерен снизит эффективность двигателя, поэтому примите во внимание снижение скорости и крутящего момента.
Это основные принципы, которые следует учитывать при выборе двигателя. Подумайте о назначении приложения и о том, какой ток он использует, чтобы выбрать подходящий тип двигателя. Технические характеристики приложения, такие как напряжение, ток, крутящий момент и скорость, будут определять, какой двигатель наиболее подходит, поэтому обязательно обратите внимание на его требования.
Есть ли у вас дополнительные советы по выбору двигателей? Дайте нам знать по телефону [адрес электронной почты защищен] .
Выбор правильного двигателя для вашего проекта — DC, шаговый или серводвигатель
От камер видеонаблюдения и вентиляторов до DVD-плееров и вплоть до вибрации вашего телефона — двигатели практически повсюду вокруг нас. Учитывая такое количество переменных, которые необходимо учитывать, неудивительно, что многие затрудняются выбрать правильный двигатель для своего применения и упускают некоторые важные параметры в процессе.Поэтому мы составили руководство, которое поможет вам в процессе выбора, чтобы вы могли выбрать лучший двигатель для своего приложения.
Без лишних слов, давайте сразу перейдем к выбору правильного двигателя для вашего проекта — постоянного тока против шагового против серводвигателя!
Типы двигателей
Мы рассмотрим 3 распространенных двигателя — двигатель постоянного тока, шаговый двигатель и серводвигатель, их применение, а также их преимущества и недостатки.
1. Щеточные и бесщеточные двигатели постоянного тока Двигатели постоянного тока
— это электромагнитные устройства, которые используют взаимодействие магнитных полей и проводников для преобразования электрической энергии в механическую энергию вращения.На рынке есть много типов двигателей постоянного тока. Щеточные и бесщеточные двигатели являются наиболее распространенными двигателями постоянного тока.
Двигатели постоянного тока с щетками
Щеточный двигатель постоянного тока существует уже давно, и его использование восходит к 1830-м годам. Их можно найти где угодно. В игрушках, бытовой технике, вентиляторах охлаждения компьютеров, что угодно. Неудивительно, что электродвигатель постоянного тока с щеткой, являющийся одним из самых простых в изготовлении и управлении электродвигателем, по-прежнему пользуется популярностью как у профессионалов, так и у любителей.
Щеточные двигатели постоянного тока бывают разных размеров(Источник: Alliedmotion) Матовый моторный салон
Почему они называются щеточными двигателями? Ток подается через две неподвижные металлические щетки, которые контактируют с различными сегментами кольца. Когда коммутатор вращается, щетки контактируют со следующим сегментом и, следовательно, продолжают вращение двигателя. Как вы понимаете, это приводит к трению и образованию тепла и даже искр.
Принцип работы:
Как движется двигатель постоянного тока? Двигатели постоянного тока состоят из катушек, соединенных с сегментами кольца или коммутатора.Катушки окружены парой магнитов или статором, который окружает катушки электрическим полем. Когда ток проходит через провод в магнитном поле, на провод действует сила, и поэтому катушки в двигателе испытывают силу, которая толкает катушку и начинает вращение. GIF выше иллюстрирует принцип работы щеточного двигателя.
Работающий щеточный двигатель постоянного тока(Источник: Renesas)
Катушка испытывает силу, направленную вниз, когда она достигает области справа, и силу, направленную вверх, когда она достигает области слева.Добавив несколько катушек, прикрепленных к разным сегментам коммутатора, можно поддерживать устойчивое вращение. Направление вращения можно изменить, просто поменяв полярность на контактах двигателя.
Преимущества и ограничения:
| Преимущества | |
|---|---|
Простота управления | Управлять щеточным двигателем постоянного тока так же просто, как переключателем.Просто подайте напряжение, чтобы запустить их. Они замедляются при понижении напряжения и вращаются в другом направлении при изменении напряжения на противоположное. |
Превосходный крутящий момент на низких скоростях | Высокий крутящий момент достигается на низких скоростях. |
Достаточно эффективный | Электродвигатели постоянного тока с щеточным покрытием имеют КПД примерно 75-80%. |
Недорого | Типичный щеточный двигатель постоянного тока на Seeed Bazaar стоит всего 2 доллара.55. |
| Ограничения | |
|---|---|
Шум | Помимо слышимого шума от трущихся частей, электромагнитный шум также возникает в результате сильных искр, возникающих в местах, где щетки проходят через зазоры в коммутаторе. Это потенциально может вызвать помехи в других частях системы. |
Постоянное обслуживание | Щетки могут быстро изнашиваться в результате постоянного движущегося контакта и требуют постоянного обслуживания.Скорость может быть ограничена из-за нагрева щетки. |
Заявки:
В настоящее время некоторые могут утверждать, что щеточные двигатели постоянного тока больше не актуальны, поскольку бесщеточные двигатели вытеснили их из многих приложений. Однако это определенно не так.
Электродвигателис щеточной головкой по-прежнему могут быть лучшим решением для многих промышленных применений , требующих постоянного крутящего момента во всем диапазоне скоростей двигателя. Использует вибраторы для мобильных телефонов, игрушки, портативные вентиляторы, аккумуляторные дрели и окна автомобиля , а также многое другое.
В зависимости от требований вашего приложения, щеточный двигатель постоянного тока может быть более подходящим вариантом. Если ваша основная задача — простая схема управления и низкая стоимость, рассмотрите возможность использования щеточного двигателя постоянного тока.
Бесщеточные двигатели постоянного тока
Бесщеточные двигатели постоянного тока механически проще, чем щеточные. Поскольку коммутация осуществляется электрически, искры и шум щеточных двигателей постоянного тока устраняются, что позволяет бесшумно переключать ток и, следовательно, бесшумно управлять двигателем.Эти бесшумные двигатели находят применение в компьютерных вентиляторах, дисковых накопителях, дронах, электромобилях и высокоточных сервомеханизмах.
Принцип работы:
Работающий бесщеточный двигатель постоянного тока(Источник: Renesas)
Бесщеточный двигатель постоянного тока имеет только один движущийся компонент — ротор, что устраняет проблемы, вызываемые щетками в щеточных двигателях. И также, в отличие от щеточных двигателей, ротор состоит из кольца постоянных магнитов, а катушки неподвижны. Такая установка устраняет необходимость в щетках.
Сложность состоит в том, чтобы контролировать полярность тока, протекающего через катушки, и поддерживать его синхронизацию со скоростью ротора. Это может быть достигнуто путем измерения обратной ЭДС или использования датчиков Холла для прямого измерения положения магнитов.
Из-за этого бесщеточные двигатели постоянного тока обычно более дороги и сложны, несмотря на многочисленные преимущества, которые они имеют перед щеточными двигателями постоянного тока.
Преимущества и ограничения:
| Преимущества | |
|---|---|
Тихий | Они генерируют меньше электрического шума по сравнению с щеточными двигателями, поскольку щетки не используются.Следовательно, бесщеточные двигатели постоянного тока часто предпочтительнее в приложениях, где важно избегать электрических шумов. |
Эффективный | Бесщеточные двигатели постоянного тока более эффективны, чем щеточные двигатели, так как они могут постоянно достигать максимальной силы вращения / крутящего момента. Щеточные двигатели, напротив, достигают максимального крутящего момента только в определенных точках вращения. Для того, чтобы щеточный двигатель достиг такого же крутящего момента, что и бесщеточный двигатель, потребуется более крупный магнит. |
Требуется меньше обслуживания | Бесщеточные двигатели постоянного тока отличаются высокой долговечностью, поскольку не требуют замены щеток. |
| Ограничения | |
|---|---|
Контроллер | Некоторые бесщеточные двигатели трудно контролировать и требуют специального регулятора |
Заявки:
Благодаря своей эффективности и долговечности бесщеточные двигатели постоянного тока в значительной степени вытеснили своих щеточных аналогов.Они находят широкий спектр применения в устройствах, которые работают непрерывно, таких как стиральные машины , кондиционеры, а также в бытовой электронике, такой как компьютерные вентиляторы и дисководы . В последнее время они используются для дронов , поскольку скорость вращения каждого ротора можно точно контролировать. В ближайшем будущем мы определенно можем ожидать большего количества применений для бесщеточных двигателей !
2. Шаговые двигатели
Шаговые двигатели — это двигатели, которые вращаются медленно, точно и дискретно.Ценные за точное управление положением, они находят множество приложений, таких как настольные принтеры, камеры видеонаблюдения и фрезерные станки с ЧПУ.
Принцип работы:
Работающий шаговый двигатель(Источник: emmeshop) Шаговые двигатели
имеют систему контроллера, которая посылает электрические импульсы драйверу, который интерпретирует эти импульсы и посылает на двигатель пропорциональное напряжение. Затем двигатель перемещается с точными и фиксированными угловыми приращениями, отсюда и название «шаговый». Шаговый двигатель работает аналогично бесщеточным двигателям постоянного тока, за исключением того, что он движется с гораздо меньшими шагами.Его единственная движущаяся часть — это также ротор, содержащий магниты. Полярность каждой катушки контролируется переменным током. При изменении полярности каждая катушка получает толкающий или тянущий эффект, таким образом перемещая двигатель.
Им можно управлять с помощью общедоступных и дешевых микроконтроллеров. Однако шаговый двигатель — это энергоемкое устройство, которое постоянно потребляет максимальный ток. Небольшие шаги, которые он делает, также означают, что он имеет низкую максимальную скорость, и шаги могут быть пропущены при использовании высоких нагрузок.
Преимущества и ограничения:
| Преимущества | |
|---|---|
Точное позиционирование | Шаговые двигатели имеют большое количество полюсов, обычно от 50 до 100, и могут точно перемещаться между своими полюсами без помощи датчика положения. Поскольку они двигаются точными шагами, они превосходно подходят для приложений, требующих точного позиционирования, таких как 3D-принтеры, ЧПУ, платформы для камер и плоттеры X, Y. |
Точный контроль скорости | Точные приращения движения позволяют превосходно контролировать скорость, что делает их хорошим выбором для автоматизации процессов и робототехники. |
Отличные характеристики крутящего момента на низких скоростях | Шаговые двигатели обладают максимальным крутящим моментом на низких скоростях (менее 2000 об / мин), что делает их пригодными для применений, требующих низкой скорости с высокой точностью.Обычные двигатели постоянного тока и серводвигатели не имеют большого крутящего момента на низких скоростях. |
Превосходный крутящий момент для сохранения положения | Подходит для приложений с высоким удерживающим моментом.
|
Простота управления | Шаговыми двигателями можно легко управлять с помощью микроконтроллеров, таких как микросхемы ATmega, которые легко доступны на платах разработки Arduino. |
| Ограничения | |
|---|---|
Шум | Известно, что шаговые двигатели создают некоторый шум во время работы. Таким образом, если ваше устройство должно быть тихим, поддерживать высокий диапазон скоростей и крутящих моментов и поддерживать разумную эффективность, рассмотрите возможность использования двигателя постоянного тока. Но если ваше приложение для управления движением должно быть создано быстро, не должно быть эффективным и небольшой шум допустим, то шаговый двигатель может быть более подходящим. |
Ограниченный крутящий момент на высокой скорости | Обычно шаговые двигатели имеют меньший крутящий момент на высоких скоростях, чем на низких. Некоторые шаговые двигатели могут быть оптимизированы для увеличения крутящего момента на высоких скоростях, но для достижения такой производительности с ним должен работать драйвер. |
Низкий КПД | В отличие от двигателей постоянного тока, ток потребления шаговых двигателей не зависит от нагрузки, и они постоянно потребляют максимальный ток.Таким образом, они становятся горячими. |
Шаги могут пропустить
| Поскольку шаговые двигатели имеют низкую максимальную скорость, они могут пропускать шаги при высоких нагрузках. |
Заявки:
Шаговые двигатели разнообразны по своему применению и встречаются во множестве обычных машин и оборудования. Они полезны в приложениях, требующих точного позиционирования, низкого крутящего момента и управления скоростью.Области применения включают фрезерные станки C с ЧПУ, оборудование для обработки медицинских изображений, принтеры, наклонные боковые зеркала автомобилей, камеры видеонаблюдения, робототехнику и, в последнее время, 3D-принтеры .
3. Серводвигатели Серводвигатели
— это двигатели, обеспечивающие очень точное управление движением. Обратная связь в системе серводвигателя определяет разницу между фактической и желаемой скоростью или положением, так что контроллер может регулировать выходной сигнал для корректировки любого отклонения от целевого положения.Позиционное вращение и непрерывное вращение — два основных типа серводвигателей
.Принцип работы:
Серводвигатель состоит из двигателя постоянного тока. Двигатели постоянного тока вращаются на высоких оборотах и очень низком крутящем моменте. Однако внутри серводвигателя есть ряд шестерен, которые принимают высокую скорость внутреннего двигателя постоянного тока и замедляют ее, в то же время увеличивая крутящий момент. Таким образом, расчетная скорость вращения сервопривода намного ниже, но с большим крутящим моментом. Шестерни в дешевом сервоприводе обычно делают из пластика, чтобы он был легким, и чтобы снизить затраты.Но для серводвигателей, предназначенных для обеспечения большего крутящего момента для более тяжелых работ, шестерни вместо этого сделаны из металла.
Сервопривод содержит датчик положения или энкодер на последней передаче. На основе управления с обратной связью микроконтроллер сравнивает фактическое положение ротора с желаемым положением и генерирует сигнал ошибки. Этот сигнал ошибки затем используется для генерации соответствующего управляющего сигнала для перемещения ротора в конечное положение. Более сложные сервоприводы также измеряют скорость, чтобы обеспечить более точное и плавное движение.
Сервоприводы позиционного вращения — Широко используемый для небольших проектов, где требуется умеренное точное позиционирование, это наиболее распространенный и недорогой тип серводвигателя. Этот серводвигатель вращается в диапазоне 180 градусов. Они не обеспечивают контроль скорости или непрерывное вращение. Он имеет физические упоры, встроенные в механизм зубчатой передачи, чтобы предотвратить выход за эти пределы для защиты датчика вращения.
Сервоприводы непрерывного вращения — В отличие от сервоприводов позиционного вращения, сервоприводы непрерывного вращения могут непрерывно вращаться по или против часовой стрелки с различной скоростью в зависимости от командного сигнала.
Преимущества и ограничения:
| Преимущества | |
|---|---|
Превосходный крутящий момент на высоких скоростях | При скоростях выше 2000 об / мин серводвигатели имеют высокий крутящий момент и лучше всего подходят для приложений с высокими скоростями и высоким крутящим моментом, которые связаны с динамическими изменениями нагрузки. Серводвигатели могут генерировать более высокий пиковый крутящий момент, поскольку они могут работать на более высоких скоростях.Это связано с тем, что серводвигатели работают под постоянным механизмом обратной связи с обратной связью, в отличие от системы с открытым контуром шагового двигателя, что позволяет ему достигать более высоких скоростей и генерировать более высокий пиковый крутящий момент. |
Разновидность | Они бывают разных размеров и значений крутящего момента. |
Недорого | Сервоприводы небольшого размера стоят всего несколько долларов.У многих серводвигателей есть шестерни, которые сделаны из пластика, чтобы они были легкими и в то же время дешевыми. |
| Ограничения | |
|---|---|
Ограниченный диапазон движения | Сервоприводы позиционного вращения ограничены движением на 180 градусов. |
Джиттер | Механизм обратной связи сервопривода будет постоянно пытаться исправить любой отклонение от желаемого положения.Эта постоянная регулировка приводит к подергиванию при попытке удержать устойчивое положение. Таким образом, вместо этого можно рассмотреть шаговый двигатель, если это проблема для вашего приложения. |
Сводка
Итак, это некоторая основная информация, которую вы можете учитывать при выборе двигателя. Такие характеристики, как скорость, крутящий момент, ток и напряжение, также определяют, какой двигатель оптимален для вашего проекта, поэтому обязательно обратите внимание на необходимые требования.
Поскольку каждый проект уникален, один фактор часто имеет большее значение, чем другой в процессе принятия решений. Понимая, какие двигатели доступны, и разработав четкий набор параметров проекта, вы можете избежать дорогостоящих ошибок и выбрать лучший двигатель для работы.
Рекомендуемая литература
Вы новичок в моторах и не знаете, как начать с ними возиться? Вот почему компания Seeed создала систему Grove, простую в использовании систему plug-and-play, специально разработанную для начинающих.Для сборки электроники требуется подход, подобный Lego, что упрощает традиционный беспорядочный метод использования макетов и перемычек. Мы даже предоставляем руководящие документы в формате PDF, чтобы познакомить вас с Grove и начать работу. Попробуйте Рощу здесь.
Также ознакомьтесь с нашим руководством для манекенов о том, как управлять шаговым двигателем 28BYJ-48 с платой драйвера шагового двигателя ULN2003 и Arduino. Seeed Bazaar также предлагает широкий выбор двигателей постоянного тока, шаговых и серводвигателей.
Есть ли у вас какие-либо дополнительные советы относительно того, что следует учитывать при выборе двигателей? Дайте нам знать в разделе комментариев ниже!
Следите за нами и ставьте лайки:
Продолжить чтение
Какой из них лучше для электромобилей?
2017 год ознаменовался большим успехом на рынке продаж электромобилей (EV) в Соединенных Штатах.По данным известной платформы онлайн-сообщества InsideEVs, американцы приобрели почти 200 000 электромобилей. Ожидается, что в ближайшие годы спрос продолжит расти.
МоделиTesla Model S, Chevrolet Bolt EV и Toyota Prius Prime оказались на вершине списка лидеров благодаря своему стильному дизайну и замечательным условиям эксплуатации. Однако успех следует по праву приписать двигателям электромобиля.
За огромным спросом и большим успехом электромобилей будущие автовладельцы также обращают внимание на характеристики двигателей.Двумя наиболее инновационными и эффективными двигателями на выбор являются асинхронный двигатель переменного тока и бесщеточный двигатель постоянного тока (синхронный переменный ток с постоянным магнитом).
Оба мотора преследуют одну и ту же цель — поднять электромобили и сделать планету более здоровой. Благодаря исключительно широкому диапазону скоростей двигателей электромобили приобрели впечатляющую способность работать только с односкоростной коробкой передач. Единственное, что отделяет двигатели друг от друга, — это использование напряжения.
Все об асинхронном двигателе переменного токаДвигатель переменного тока — это на самом деле трехфазный двигатель, скорость вращения которого составляет 240 вольт.Автолюбители и эксперты считают, что этот тип двигателя легко адаптируется. Его регенеративная функция также может работать как генератор, возвращающий энергию в аккумулятор электромобиля.
Что касается ходовых качеств, электромобили с двигателями переменного тока могут лучше сцепляться с дорогой на пересеченной местности и двигаться более плавно. У него также больше ускорения.
Несмотря на то, что асинхронные двигатели переменного тока дороже двигателей постоянного тока, они по-прежнему популярны на более широком рынке и у производителей автомобилей, поскольку идеально подходят для высокопроизводительных автомобилей.Электромобили с адаптируемыми двигателями служат дольше.
Что нужно знать о бесщеточном двигателе постоянного токаВ большинстве случаев двигатель постоянного тока работает от 96 до 192 вольт. Двигатель с постоянными магнитами использует в своих магнитах редкоземельные элементы, что делает его уникальным.
Все больше автомобильных компаний также начинают переходить с асинхронных двигателей на двигатели с постоянными магнитами, потому что они имеют преимущество в размере и весе, которое становится более значительным по мере того, как автомобили становятся относительно компактными.Они также используются почти во всех электромобилях по всему миру.
Одна компания, которая сделала большой скачок в использовании двигателей, — это Tesla . Многие люди знают, что известная калифорнийская корпорация применяет асинхронный двигатель переменного тока ко всем своим моделям автомобилей, но когда была продемонстрирована электромобиль Model 3, было обнаружено, что они изменили его двигатель.
По словам официальных лиц, причина изменения заключается в том, что он не требует дополнительного электричества, в отличие от двигателя переменного тока.Они также упомянули, что использование двигателя с постоянными магнитами решило их функцию минимизации затрат.
Автопроизводители и их модели, использующие двигатели переменного и постоянного токаChevrolet — Корпорация была основана в 1911 году и является подразделением компании General Motors. Предполагаемый доход компании составляет 50 миллиардов долларов. Компания использует бесщеточные двигатели постоянного тока в своих моделях автомобилей, таких как Bolt EV.
Nissan — Компания, возглавляемая Хирото Сайкава, производит и продает электрические и коммерческие автомобили.Планируемая выручка Nissan составляет 73,6 миллиарда долларов. Его электромобиль Nissan Leaf в настоящее время использует двигатель постоянного тока.
Tesla — Tesla была основана в 2003 году и с тех пор стала популярной благодаря работам Илона Маска. Компания-стартап разрабатывает, производит и продает электромобили. Предполагаемый доход Tesla составляет 11,8 миллиарда долларов. Модель S EV компании использует асинхронный двигатель переменного тока.
Многие автовладельцы иногда упускают из виду важность асинхронных двигателей и двигателей с постоянными магнитами.Смелость этих типов электродвигателей заключается в том, что они могут предсказывать не только возможные продажи автомобилей, но и производительность электромобилей в целом в будущем.
Бесщеточный или щеточный двигатель: лучший двигатель постоянного тока для вашего проекта
Двигатель постоянного тока — это электрическая машина, которая преобразует электрическую энергию постоянного тока в механическое движение. Существует большое разнообразие двигателей для различных применений и требований к мощности, от крошечных устройств — всего несколько миллиметров в диаметре — для медицинского оборудования до нестандартных конструкций, генерирующих тысячи лошадиных сил.
Бесщеточные и матовые двигатели
Два наиболее распространенных типа двигателей постоянного тока известны как щеточные двигатели постоянного тока и бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC). Хотя основная физика одинакова, их конструкция, рабочие характеристики и средства управления сильно различаются.
Что лучше всего подходит для вашего приложения? Что ж, как и во многих других вещах в жизни, ответ — «зависит от обстоятельств». У каждого типа есть свои достоинства и недостатки. В этой статье мы рассмотрим обе технологии двигателей постоянного тока и прольем немного света на эту сложную тему.
Как работают щеточные двигатели
Щеточные двигатели постоянного тока, впервые изобретенные в 1800-х годах, являются одним из самых простых типов двигателей. Они были первым широко используемым типом, поскольку могли питаться от ранних систем распределения электроэнергии постоянного тока.
Рисунок 1: Щеточный двигатель постоянного тока. (Источник: Oriental Motor)
Как показано на рисунке 1, типичный щеточный электродвигатель постоянного тока состоит из вращающегося якоря и неподвижного статора.
Якорь (также называемый ротором) содержит одну или несколько обмоток из изолированного провода, намотанного на сердечник из мягкого железа.Обмотки образуют одну или несколько катушек и электрически связаны с коммутатором, который представляет собой цилиндр, состоящий из нескольких металлических контактных сегментов вокруг вала якоря. Статор окружает ротор и содержит либо постоянные магниты, либо электромагниты для создания магнитного поля. Щетки представляют собой электрические контакты, сделанные из мягкого материала, такого как углерод, которые подпружинены и контактируют с сегментами коммутатора при вращении вала.
Роль щеток в двигателях постоянного тока
Когда к щеткам подключен источник постоянного тока, на катушки якоря подается питание, что превращает его в электромагнит и заставляет его вращаться так, что его северный и южный полюса совпадают с южным и северным полюсами статора соответственно.Когда коммутатор вращается, движение вызывает изменение полярности тока в катушке якоря и направления его магнитного поля. Якорь поворачивается к новому положению, ток снова меняется на противоположный, и якорь продолжает вращаться.
Этот способ реверсирования тока называется механической коммутацией — механическое вращение вала обеспечивает обратную связь, необходимую для переключения полярности тока.
Путем изменения расположения обмоток было разработано несколько разновидностей щеточных двигателей постоянного тока с различными рабочими характеристиками; существует пять основных типов.Первые четыре типа используют катушки как в статоре, так и в роторе (якоре), поэтому используйте исключительно электромагниты.
Типы двигателей постоянного тока и их применение
Щеточный электродвигатель постоянного тока с параллельной обмоткой имеет обмотки возбуждения ротора и статора, соединенные параллельно; он работает с постоянной скоростью независимо от нагрузки. Эта функция саморегулирования делает его широко используемым в промышленных приложениях с постоянной скоростью.
Щеточный электродвигатель постоянного тока с последовательной обмоткой имеет две последовательно намотанные катушки; его скорость изменяется в зависимости от нагрузки, увеличиваясь с уменьшением нагрузки, но имеет очень высокий пусковой крутящий момент, поэтому он широко используется для кратковременных применений, таких как автомобильные стартеры.
Щеточный электродвигатель постоянного тока со сложной обмоткой представляет собой комбинацию электродвигателей с параллельной обмоткой и электродвигателей с последовательной обмоткой, обладающих характеристиками обоих. Двигатели с комбинированной обмоткой обычно используются, когда встречаются как тяжелые условия запуска, так и требуется постоянная скорость.
Щеточный электродвигатель постоянного тока с раздельным возбуждением имеет отдельные источники питания для ротора и статора, обеспечивая высокий ток возбуждения статора и достаточное напряжение якоря для создания требуемого крутящего момента ротора. Этот тип двигателя используется, когда требуется высокий крутящий момент на низких скоростях.
Щеточный двигатель постоянного тока с постоянными магнитами содержит постоянные магниты в статоре, что устраняет необходимость во внешнем токе возбуждения. Эта конструкция меньше, легче и более энергоэффективна, чем другие типы щеточных двигателей постоянного тока; он широко используется в приложениях с низким энергопотреблением примерно до 2 л.с.
Как управлять скоростью щеточного двигателя постоянного тока
При механической коммутации управление щеточным двигателем постоянного тока концептуально очень просто. Двигателю с фиксированной скоростью требуется только напряжение постоянного тока и переключатель включения / выключения; изменение напряжения изменяет скорость в широком диапазоне.
Для приложений, требующих более сложного управления, может использоваться топология общей схемы, такая как H-мост, показанный на рисунке 2. При одновременном включении транзисторов Q1 и Q4 или одновременно транзисторов Q3 и Q2 ток через двигатель BDC течет в одном или другом направлении, обеспечивая двунаправленное движение.
Рисунок 2: Двунаправленное щеточное управление двигателем постоянного тока с помощью H-моста. (Источник: Microchip)
Для управления скоростью используется сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) для генерации среднего напряжения.Обмотка двигателя действует как фильтр нижних частот, поэтому высокочастотный сигнал ШИМ генерирует стабильный ток в обмотке двигателя. Для более точного регулирования скорости можно добавить датчик скорости, такой как датчик Холла или оптический энкодер, чтобы сформировать систему управления с обратной связью.
Основы щеточного двигателя постоянного тока
Щеточные электродвигатели постоянного тока недорогие и надежные, а также имеют высокое отношение крутящего момента к инерции. Поскольку для них требуется небольшое количество внешних компонентов или не требуется их вовсе, они также подходят для работы в тяжелых условиях.
С другой стороны, щетки со временем изнашиваются и образуют пыль; Двигатели щеток требуют периодического обслуживания для очистки или замены щеток. К другим недостаткам относятся плохой отвод тепла из-за ограничений ротора, высокая инерция ротора, низкая максимальная скорость и электромагнитные помехи (EMI), создаваемые дуговым разрядом щетки.
Что такое бесщеточный двигатель постоянного тока?
Основной принцип работы бесщеточного двигателя постоянного тока (BLDC) такой же, как и для щеточного двигателя постоянного тока — управление коммутацией с использованием внутренней обратной связи по положению вала, но его конструкция сильно отличается.
В отличие от щеточного двигателя постоянного тока, постоянный магнит установлен на роторе BLDC; статор изготовлен из ламинированной стали с прорезями и содержит обмотки катушек.
BLDC также не используют угольные щетки или механический коммутатор. Принуждение к вращению ротора осуществляется путем последовательного возбуждения катушек вокруг статора, а коммутация выполняется через сложный электронный контроллер, используемый в сочетании с датчиком положения ротора (например, фототранзистор-светодиод, электромагнитные датчики или датчики на эффекте Холла).
Метод конструкции BLDC позволяет иметь меньшее внутреннее сопротивление и гораздо лучший отвод тепла в обмотках статора. Это приводит к более высокой эффективности работы, поскольку тепло от катушек может более эффективно рассеиваться через гораздо больший стационарный корпус двигателя.
Обмотки статора могут быть расположены по схеме звезды (или Y), или по схеме треугольника. Стальные листы могут быть с прорезями или без щелей. Бесшумный двигатель имеет более низкую индуктивность, поэтому он может работать на более высоких скоростях и демонстрирует меньшую пульсацию на более низких скоростях.Основным недостатком статора с плавным ходом является его более высокая стоимость, поскольку он требует большего количества обмоток для компенсации большего воздушного зазора.
Число полюсов ротора может варьироваться в зависимости от области применения. Увеличение числа полюсов увеличивает крутящий момент, но снижает максимальную скорость. Материал, из которого изготовлены постоянные магниты, также влияет на максимальный крутящий момент, который увеличивается с увеличением плотности магнитного потока.
Рисунок 3: Бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC). (Источник: Oriental Motor)
Бесщеточный регулятор двигателя постоянного тока
Поскольку коммутация должна выполняться электронно, управление BLDC значительно сложнее, чем простые схемы, рассмотренные выше, и используются как аналоговые, так и цифровые методы управления.Базовый блок управления аналогичен подходу с щеточным двигателем постоянного тока, но управление с обратной связью является обязательным.
Посмотреть похожие продукты
Существует три основных типа алгоритмов управления, используемых для управления двигателем BLDC: трапецеидальная коммутация, синусоидальная коммутация и векторное (или ориентированное на поле) управление. Каждый алгоритм управления может быть реализован по-разному в зависимости от кода программного обеспечения и конструкции оборудования, и каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.
Рис. 4. Методы управления бесщеточным двигателем постоянного тока.
Трапецеидальная коммутация требует простейших схем управления и программного обеспечения, что делает ее идеальной для приложений низкого уровня. Он использует шестиэтапный процесс с использованием обратной связи по положению ротора. Трапецеидальная коммутация эффективно контролирует скорость и мощность двигателя, но страдает от пульсаций крутящего момента во время коммутации, особенно на низких скоростях.
Бессенсорная коммутация — оценка положения ротора путем измерения обратной ЭДС двигателя — обеспечивает производительность, аналогичную методу эффекта Холла, но за счет увеличения сложности алгоритма.За счет исключения датчиков Холла и их интерфейсных схем коммутация без датчиков снижает затраты на компоненты и установку и упрощает конструкцию системы.
Синусоидальная коммутация использует модуляцию несущей частоты для управления двигателем, управляя токами трех обмоток одновременно, поэтому они изменяются плавно и синусоидально по мере вращения двигателя. Этот метод обеспечивает плавное и точное управление двигателем, устраняя пульсации крутящего момента и всплески коммутации, связанные с трапециевидным методом.Он может работать как система с разомкнутым контуром или система с замкнутым контуром с добавленным датчиком скорости и обычно используется в приложениях со средней производительностью, где требуется управление как скоростью, так и крутящим моментом. Сложная схема синусоидальной коммутации требует дополнительных вычислительных мощностей и управляющей электроники для реализации.
Векторное управление зарезервировано для высокопроизводительных приложений из-за его сложной конструкции и высоких требований, которые оно предъявляет к микроконтроллеру. Алгоритм использует обратную связь по фазному току для вычисления векторов напряжения и частоты и коммутации двигателя.Векторное управление обеспечивает точное динамическое управление скоростью и крутящим моментом и эффективно в широком рабочем диапазоне.
Также можно использовать бессенсорную технику; шунт контролирует ток двигателя, и алгоритм сравнивает результаты с сохраненной математической моделью рабочих параметров двигателя. Этот метод снижает стоимость устройств обратной связи, но значительно увеличивает требования MCU к обработке.
Сравнение стратегий управления BLDC
Как складываются разные стратегии управления? Как и следовало ожидать, простой трапециевидный подход обеспечивает худшее управление крутящим моментом, но не требует слишком многого от микроконтроллера или устройства управления.На другом конце спектра метод векторного управления (также называемый полевым управлением или FOC) обеспечивает превосходное управление как скоростью, так и крутящим моментом, но требования микроконтроллера высоки.
Разница между щеточными и бесщеточными двигателями
Без механического переключателя или щеток для износа бесщеточные двигатели постоянного тока не требуют особого обслуживания и искрообразования. Кроме того, они имеют меньшее трение и инерцию вала, меньше слышимого шума и гораздо лучшее соотношение крутящего момента к весу (удельная мощность), поэтому они намного меньше по размеру, чем сопоставимый щеточный двигатель постоянного тока.
По сравнению с щеточными двигателями постоянного тока, двигатели BLDC обладают рядом преимуществ в производительности. У них высокий пусковой крутящий момент и постоянный крутящий момент до номинальной скорости. Благодаря электронному управлению в реальном времени их скорость регулируется точно и нечувствительна к изменениям нагрузки. Поскольку тепло генерируется во внешнем статоре, а не во внутреннем роторе, их легче сохранять в холодном состоянии. А отсутствие щеток означает, что они производят меньше электрического шума и могут работать на более высоких скоростях — в некоторых случаях до 100 000 об / мин.
Доступные решения для управления двигателями постоянного тока
Как мы видели, хотя простого управления щеточным двигателем постоянного тока легко добиться, более точное управление BDC и управление BLDC далеко не простое.
Хорошая новость заключается в том, что доступно несколько готовых решений, которые сочетают двигатели с соответствующими контроллерами. На уровне устройств Arrow Electronics предлагает множество контроллеров двигателей от ведущих поставщиков, предназначенных как для щеточных, так и для бесщеточных двигателей постоянного тока. Кроме того, поскольку управление двигателями — это огромный рынок, многие поставщики предлагают комплекты для разработки, эталонные проекты и библиотеки программного обеспечения, предназначенные для управления двигателями постоянного тока.