2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Чем замеряют момент двигателя

Крутящий момент, что это и зачем он нужен?

Каждый двигатель внутреннего сгорания рассчитан на определенную максимальную мощность, которую он может выдавать при наборе определенного количества оборотов коленчатого вала. Однако помимо максимальной мощности существует еще и такая величина в характеристике двигателя, как максимальный крутящий момент, достигаемый на оборотах отличных от оборотов максимальной мощности.

Что же означает понятие крутящий момент? Говоря научным языком, крутящий момент равен произведению силы на плечо ее применения и измеряется в ньютон — метрах. Значит если к гаечному ключу длиной 1 метр (плечо), приложить силу в 1 Ньютон (перпендикулярно на конце ключа), то мы получим крутящий момент равный 1 Нм.

Для наглядности: если гайка затянута с усилием 3 кгс, то для ее откручивания придется к ключу с длиной плеча в 1 метр приложить усилие 3 кг. Однако, если на ключ длиной 1 метр надеть дополнительно 2-х метровый отрезок трубы, увеличив тем самым рычаг до 3 метров, то тогда для отворачивания этой гайки потребуется лишь усилие в 1 кг. Так поступают многие автолюбители при откручивании колесных болтов: либо добавляют отрезок трубы, а за неимением такового просто надавливают на ключ ногой, увеличив тем самым силу приложения к баллонному ключу. Так же если на рычаг метровой длины повесить груз равный 10 кг, то появится крутящий момент равный 10 кгм. В системе СИ это значение (перемножается на ускорение свободного падениям) будет соответствовать 98,1 Нм. Результат всегда един — крутящий момент, это произведение силы на длину рычага, стало быть, нужен либо длиннее рычаг, либо большее количество прикладываемой силы.

Все это хорошо, но для чего нужен крутящий момент в автомобиле и как его величина влияет на его поведение на дороге? Мощность двигателя лишь косвенно отражает тяговые возможности мотора, и ее максимальное значение проявляется, как правило, на максимальных оборотах двигателя. В реальной жизни в таких режимах практически никто не ездит, а вот ускорение двигателю требуется всегда и желательно с момента нажатия на педаль газа. На практике одни автомобили уже с низких оборотов ведут себя достаточно резво, другие напротив предпочитают лишь высокие обороты, а на низах показывают вялую динамику. Так у многих возникает масса вопросов, когда они с авто с бензиновым мотором мощностью 105-120 л.с. пересаживаются на 70-80 – сильный дизель, то последний с легкостью обходит машину с бензиновым мотором. Как такое может быть? Связано это с величиной тяги на ведущих колесах, которая различна для этих двух автомобилей. Величина тяги напрямую зависит от произведения таких показателей как, величины крутящего момента, передаточного числа трансмиссии, ее КПД и радиуса качения колеса. Как создается крутящий момент в двигателе. В двигателе нет метровых рычагов и грузов, и их заменяет кривошипно-шатунный механизм с поршнями.

Крутящий момент в двигателе образуется за счет сгорания топлива — воздушной смеси, которая расширяясь в объеме с усилием толкает поршень вниз. Поршень в свою очередь через шатун передает давление на шейку коленчатого вала. В характеристике двигателя нет значения плеча, но есть величина хода поршня (двойное значение радиуса кривошипа коленвала). Для любого мотора крутящий момент рассчитывается следующим образом. Когда поршень с усилием 200 кг двигает шатун на плечо 5 см, появляется крутящий момент 10 кГс или 98,1Нм. В данном случает для увеличения крутящего момента нужно либо увеличить радиус кривошипа, или же увеличить давление расширяющихся газов на поршень. До определенной величины можно увеличить радиус кривошипа, но будут расти и размеры блока цилиндров как в ширину, так и в высоту и увеличивать радиус до бесконечности невозможно. Да и конструкцию двигателя придется значительно упрочнять, так как будут нарастать силы инерции и другие отрицательные факторы. Следовательно, у разработчиков моторов остался второй вариант – нарастить силу, с которой поршень передает усилие для прокручивания коленвала. Для этих целей в камере сгорания нужно сжечь больше горючей смеси и к тому же более качественно. Для этого меняют величину и конфигурацию камеры сгорания, делают «вытеснители» на головках поршней и повышают степень сжатия. Однако максимальный крутящий момент доступен не на всех оборотах мотора и у различных двигателей пик момента достигается на различных режимах. Одни моторы выдают его в диапазоне 1800- 3000 об/мин, другие на 3000-4500 об/мин. Это зависит от конструкции впускного коллектора и фаз газораспределения, когда эффективное наполнение цилиндров рабочей смесью происходит при определенных оборотах.

Наиболее простое решение для увеличения крутящего момента, а следовательно и тяги, это применение турбо или механического наддува, либо применение их в комплексе. Тогда крутящий момент можно уже использовать с 800-1000 об/мин, т.е. практически сразу. К тому же это закрывает такую проблему, как провалы при наборе скорости, так как величина крутящего момента становится практически одинакова во всем диапазоне оборотов двигателя. Достигается это различными путями: увеличивают количество клапанов на цилиндр, делают управляемыми фазы газораспределения для оптимизации сгорания топлива, повышают степень сжатия, применяют выпускной коллектор по формуле 1-4 -2-3, в турбинах применяют крыльчатки с изменяемым и регулируемым углом атаки лопаток и т.д.

Как определить крутящий момент двигателя?

Крутящий момент определяется величиной силы, умноженной на расстояние от центра вращения (Сила х Расстояние = Крутящий момент). Крутящий момент измеряется в единицах силы, умноженной на расстояние, например, фунто-дюймах или ньютон-метрах.

Как вычислить мощность через крутящий момент?

Мощность рассчитывается из крутящего момента и оборотов, по следующей формуле: МОЩНОСТЬ в Л. с. = КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ х ОБОРОТЫ ÷ 5252.

Как влияет крутящий момент на скорость?

Чем выше крутящий момент, тем быстрее ускоряется автомобиль и тем больше у него тяга. Крутящий момент также зависит от количества оборотов коленчатого вала двигателя в минуту. … Чем ниже эти числа, тем раньше достигается пик крутящего момента, что также влияет на разгон.

Как измерить крутящий момент двигателя?

Как можно измерить крутящий момент двигателя? Статический момент измерить просто, приделываем к валу рычаг, тянем за него динамометром и запоминаем при каком усилии двигатель сдвинулся.

В чем измеряется крутящий момент двигателя?

Момент силы имеет размерность «сила, умноженная на расстояние» и единицу измерения ньютон-метр (джоуль) в системе СИ. 1 Н·м — это момент, который производит сила 1 Н на рычаг длиной 1 м, приложенная к концу рычага и направленная перпендикулярно ему.

Как определить мощность двигателя автомобиля?

Если вы знаете, какой крутящий момент выдает ваш двигатель, вы можете рассчитать мощность вашего автомобиля, умножив число оборотов двигателя на крутящий момент и разделив это число на 5252. Для этого вы также можете использовать онлайн-калькулятор лошадиных сил.

Что такое крутящий момент для чайников?

Крутящий момент двигателя – это произведение силы на плечо рычага, к которому она приложена. Если помните, то сила измеряется в Ньютонах, а вот плечо рычага измеряется в метрах – Нм. 1 Нм равняется силе в 1Н (Ньютон), которая приложена к рычагу в 1 метр.

Читать еще:  Характеристика двигателей авто хонда

Что такое мощность двигателя и крутящий момент?

Мощность в ваттах не что иное, как крутящий момент в ньютон-метрах, умноженный на число оборотов и на 0,1047. Другими словами, мощность демонстрирует количество работы, выполняемой двигателем за определенный промежуток времени, а крутящий момент отражает способность силового агрегата эту работу совершить.

Какие параметры характеристики двигателя транспортного средства являются основными?

Наиболее значимыми параметрами являются:

  • Объем камер сгорания – определяет показатель расхода топлива и в значительной степени мощности;
  • Мощность – измеряется в киловаттах, но чаще используются лошадиные силы;
  • Крутящий момент – тяговое усилие;
  • Расход топлива – показатель указывается в литрах на 100 км.

Что значит максимальный крутящий момент?

Для двигателя обычно указывается максимальный крутящий момент, который развивает мотор при полностью нажатой педали газа, с чьей помощью водитель как раз регулирует, какую часть момента может дать двигатель.

Что такое крутящий момент и как измеряется?

Крутящий момент — это вращающая сила. … Крутящий момент определяется величиной силы, умноженной на расстояние от центра вращения (Сила х Расстояние = Крутящий момент). Крутящий момент измеряется в единицах силы, умноженной на расстояние, например, фунто-дюймах или ньютон-метрах.

Как измерить крутящий момент шуруповерта?

Крутящий момент шуруповерта зная частоту вращения n об./мин., указанную в инструкции и мощность P номинальную в КВт, можно определить по формуле M=P•9550/n.

Как работает датчик крутящего момента?

Принцип действия датчика построен на измерении угла закручивания торсиона, который пропорционален крутящему моменту на рулевом колесе. В исходном положении (нейтральное положение рулевого управления) зубцы статоров расположены строго между полюсами магнитов, что соответствует минимальному сигналу датчика.

Что такое момент силы и в каких единицах измеряется?

Момент силы, крутящий момент, вращательный (вращающий момент) — векторная физическая величина, равная векторному произведению радиус-вектора, проведённого от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы. Характеризует вращательное действие силы на твёрдое тело. Момент силы измеряется в ньютон-метрах.

Как найти момент силы?

Теория: Момент M силы vec относительно данной оси — это физическая величина, равная произведению модуля силы F на её плечо l: M=F cdot l. Линией действия силы называют линию, вдоль которой действует сила.

Чему равен результирующий момент сил действующих на тело?

Если на тело вращения действует несколько сил одновременно, то результирующий момент этих сил равен алгебраической сумме моментов каждой силы в предположении отсутствия моментов других сил.

Измерение компрессии в цилиндрах двигателя — проверенная методика обнаружения неисправностей своими руками

Замер компрессии — распространённый метод диагностики технического состояния двигателя. Путём определения уровня давления выявляется степень износа цилиндров, поршней и колец, а также клапанной группы. Об этом методе осведомлены многие автомобилисты, но не всем известно, что проверить компрессию можно и самостоятельно. На основании результатов делаются предварительные выводы о «здоровье» двигателя.

Общее понятие о компрессии

В среде автолюбителей компрессию зачастую путают со степенью сжатия, указанной в инструкции по эксплуатации авто. Это разные понятия, хотя некоторая связь между ними присутствует.

Компрессия — переменная величина, отражающая реальное давление в каждом цилиндре, измеряемое при вращении коленчатого вала стартером. Она никогда не указывается в техническом паспорте автомобиля, поскольку зависит от ряда факторов:

  • герметичности уплотнений цилиндро—поршневой (ЦПГ) и клапанной групп;
  • температуры двигателя;
  • скорости вращения стартера и заряда аккумуляторной батареи;
  • присутствия моторного масла в рабочей зоне, где происходит сжигание топлива.

По реальному давлению в цилиндрах принято судить о степени износа ЦПГ и состоянии клапанов. Чем ниже показатели компрессии, тем хуже условия для сжигания бензина в камерах. Топливовоздушная смесь сгорает не полностью и выделяет меньше энергии, а мощность мотора падает.

Степень сжатия — это постоянная характеристика, равная отношению рабочего объёма (внутренний размер цилиндра вместе с камерой сгорания) к длине хода поршня. Она показывает, во сколько раз сжимается горючая смесь перед вспышкой.

Если степень сжатия — это безразмерная величина, то компрессия измеряется в единицах давления. Самая распространённая на постсоветском пространстве — 1 физическая атмосфера (Атм), но в современных манометрах встречаются и другие:

  • 1 Бар (равен 0,99 Атм);
  • 1 МПа (9,9 Атм);
  • 1 кгс/см 2 (0,97 Атм) — использовалась в советские времена;
  • 1 psi (0,068 Атм).

Поскольку замер компрессионного сжатия всегда производится с определённой погрешностью, различия в сотых долях между первыми тремя единицами принято игнорировать.

Нормы компрессии в цилиндрах двигателя

Чтобы оценить техническое состояние силового агрегата, необходимо знать, какие значения компрессии считаются нормальными, ведь двигатели бывают разные. В результате многократных практических замеров, сделанных в течение многих лет, выяснилась такая связь между степенью сжатия и измеряемым давлением: при проведении замеров на машине с горячим мотором, исправным стартером и полностью заряженным аккумулятором минимально допустимая величина компрессии равна паспортной степени сжатия, умноженной на коэффициент 1,3.

В цифрах для разных двигателей это выражается так:

Тип двигателяБензиновый, старого образца со степенью сжатия до 8,5Бензиновый современный со степенью сжатия 9,3—10Дизельный
Минимально допустимое давление, Бар111222
Оптимальное давление, Бар1314—1530

Когда поршневая группа авто сильно изношена либо клапаны прогорели, компрессия в «больных» цилиндрах падает ниже допустимых значений, указанных в таблице. Если же по разным причинам в ЦПГ попадает моторная смазка в большом количестве, то все зазоры уплотняются, а давление подскакивает выше нормы. Подобное явление может ввести в заблуждение неопытного автомобилиста, взявшегося за диагностику.

Неприемлема и разница в показателях цилиндров, превышающая 1 Бар. Она свидетельствует о том, что один или несколько компонентов ЦПГ функционируют не на полную мощность, а то и вовсе бездействуют, повышая расход горючего на 10—25%.

Компрессометр — прибор для замера давления своими руками

Измерения выполняются специальным прибором — компрессометром, состоящим из таких элементов:

  • манометр с резьбовым штуцером;
  • стальная трубка или гибкий шланг со встроенным обратным клапаном и кнопкой стравливания воздуха;
  • насадка для вкручивания в цилиндр, снабжаемая переходниками под другие резьбы либо резиновым конусом.

Манометр вкручен в трубку (гибкий шланг), с другого конца установлен резьбовой наконечник. Обратный клапан служит для фиксации показаний манометра, ведь при проверке поршень «накачивает» давление за несколько оборотов коленчатого вала (около 10).

Для анализа силовых агрегатов, работающих на бензине и дизельном топливе, могут применяться манометры с различными измерительными шкалами. Если для бензиновых моторов достаточно прибора, рассчитанного на 20—25 Бар, то для диагностики дизеля требуется шкала минимум в 50 Бар.

Как часто должна измеряться степень сжатия

Точная периодичность проверки компрессии силовых агрегатов не установлена. Есть симптомы, указывающие на необходимость проведения замеров:

  • один или два цилиндра плохо работают, из-за чего двигатель трясёт и он «троит» даже на холостом ходу;
  • появился значительный расход моторного масла (свыше 100 г на 1 тыс. км пробега);
  • упала мощность мотора;
  • из выхлопной трубы валит сизый или белый дым;
  • пуск в холодном состоянии затруднён.

Если вы привыкли проверять и менять свечи зажигания каждые 20—50 тысяч км пробега, то с такой же периодичностью замеряйте давление в цилиндрах. Это поможет отслеживать состояние ЦПГ и заранее подготовиться к возможному ремонту.

Условия успешного проведения замера

Для успешного проведения диагностики бензинового двигателя следует организовать такие условия:

  • мотор прогрет до рабочей температуры в 70—90 °С;
  • аккумуляторная батарея заряжена, а стартер легко вращает коленчатый вал;
  • подача горючего отключена;
  • свечи зажигания выкручены.
Читать еще:  Характеристика двигателя 740 простой

Для процедуры надо привлечь помощника, который будет включать стартер и нажимать педаль газа, чтобы обеспечить подачу воздуха в цилиндры.

Перед выкручиванием свечей не помешает продуть их колодцы, чтобы избежать попадания грязи в камеры сгорания. Вместо свечей, в отверстия поочерёдно вкручивается наконечник компрессометра. Другой способ — прижимать прибор к отверстию вручную, предварительно надев резиновый конус.

В отличие от бензинового агрегата, дизельный мотор стоит проверять в холодном состоянии, поскольку от наличия компрессии во многом зависит его успешный запуск. Вкручивать наконечник придётся вместо демонтированных форсунок либо свечей накала — для этого нужно использовать соответствующие переходники из набора.

Как правильно измерить компрессию на бензиновом агрегате

Перед замером давления следует выполнить такие действия:

  1. Прогреть мотор.
  2. Снять со свечей высоковольтные провода и убрать их в сторону. В некоторых моделях импортных авто придётся удалить катушки зажигания, чтобы получить доступ к свечам.
  3. В старых авто с карбюратором нужно отключить разъём коммутатора.
  4. Прекратить подачу горючего. На карбюраторных версиях это делается путём снятия шланга, идущего к механическому бензонасосу. Электрический насос, питающий инжекторный мотор, следует обесточить, вытащив соответствующий предохранитель.
  5. Выкрутить свечи и протереть посадочные гнёзда.

Замеры производятся в каждом цилиндре поочерёдно. Проверяющий вкручивает наконечник прибора и даёт команду помощнику, включающему стартер нажатием до упора педали акселератора. Когда стрелка манометра начнёт колебаться на одном месте, нужно отключить зажигание и зафиксировать показания. После чего можно переходить к следующему цилиндру.

Как замерить компрессию: видео

Как определить компрессию на дизельном моторе

Процесс измерения компрессии на дизеле не отличается от диагностики бензинового силового агрегата, только показания прибора будут выше. Разница кроется и в подготовке, на этапе, когда необходимо перекрыть поступление горючего. В зависимости от того, старый механический насос или новый электрический ТНВД стоит на машине, подачу топлива нужно отключать одним из следующих способов:

  1. На механических ТНВД (насос высокого давления) следует использовать рычаг отсечки, позволяющий перекрыть горючее. Затем нужно отсоединить топливную магистраль.
  2. Электрические насосы обесточиваются путём извлечения предохранителя либо отключения разъёма.

Дизельный мотор лучше проверять «на холодную». Если прибор покажет давление ниже 22 Бар, завести двигатель будет сложно, особенно в зимний период. Для запуска дизелей с негодной поршневой группой применяется радикальный способ — заливка в цилиндры 4—6 мл масла, способствующего уплотнению зазоров и повышению давления.

Инструкция по проверке компрессии «в домашних условиях»: можно ли обойтись без манометра и другого оборудования

Когда в наличии нет никаких средств измерения, бывалые автомобилисты пользуются «дедовским» методом. Получить с его помощью точные показания невозможно, а вот определить, есть ли компрессия в цилиндрах — проще простого. Порядок проверки таков:

  1. Перекрыть подачу горючего и отсоединить высоковольтные провода.
  2. Демонтировать свечи.
  3. Взять кусок плотной ткани без торчащих ниток, свернуть его в клубок и неглубоко вставить в свечное отверстие.
  4. Провернуть стартером коленвал.

Если давление присутствует, то при вращении вала цилиндр «выплюнет» тряпку. В противном случае она останется на месте, появится лишь небольшое шипение.

Существует другой старый способ диагностики — снимать поочерёдно провода со свечей на холостом ходу и слушать мотор. После удаления провода с нерабочего цилиндра звук двигателя не изменится. Правда, проверяющий рискует получить удар током, если изоляция высоковольтных проводов ненадёжна.

Оценка компрессии без компрессометра: видео

Исключения из правил: когда приходится замерять давление на холодном двигателе

Иногда приходится оценивать состояние ЦПГ и клапанов в исключительных условиях. Например, на «холодном» двигателе измерение компрессии осуществляется, если:

  • автомобиль не заводится изначально;
  • силовой агрегат снят с машины;
  • есть сомнения в том, что давления для запуска хватает.

Отдельный случай — проверка демонтированного двигателя. На разборках часто встречаются агрегаты в отличном состоянии, способные долго прослужить следующему хозяину. Перед покупкой мотора и производится диагностика состояния ЦПГ. Если узел снят вместе со стартером, компрессия измеряется обычным способом, только «на холодную». Для вращения коленвала нужно подключить к агрегату рабочий аккумулятор, а давление проверять компрессометром.

ЦПГ без стартера испытывается пневмотестером. Этот прибор представляет собой коллектор с регулятором воздуха и двумя манометрами, подключёнными к компрессору шлангами. Принцип прост: воздух подаётся в цилиндр под определённым давлением, которое отображается на первом манометре. Второй прибор показывает общую величину утечки через неплотности клапанов и поршней. Если значение потери находится в пределах нормы, двигатель можно покупать.

Проверка двигателя без автомобиля: видео

Что делать, если результаты диагностики неутешительны

Когда давление в одном или нескольких цилиндрах отклоняется от нормы, вы имеете дело с неисправностью силового агрегата. Как правило, при подобных неполадках требуется частичный либо капитальный ремонт «сердца» машины. При заниженных показателях возможны такие поломки:

  1. Износ колец, поршней и гильз (при одинаковых значениях на всех цилиндрах). «Диагноз» можно уточнить, если провести второе измерение с добавлением в цилиндры 4—5 мл моторного масла. Повышение компрессии подтвердит полученный результат. Если же показания не меняются, значит, имеет место следующая проблема.
  2. Наличие негерметичных клапанов в камерах (при разных значениях).
  3. Один из клапанов или поршней прогорел (давление вообще отсутствует).

Более точные результаты может дать пневмотестер. Поломка выявляется так: если воздух идёт в картер, то пропускают поршни, а если в коллектор — клапаны. Неисправности, связанные с падением компрессии ниже нормы, устраняются путём разборки силового агрегата и замены износившихся деталей. Менять один клапан бессмысленно, поскольку со временем выйдет из строя следующий. Лучше установить новую клапанную группу.

То же касается и поршней — ставится сразу комплект, причём детали подбираются по весу, чтобы разница составляла не более 5 г. Подгонка выполняется путём снятия шабером тонкого слоя металла с внутренней части наиболее тяжёлых поршней. Если после удаления головки блока замер показал большую эллипсовидную выработку в цилиндрах, то их следует расточить на станке под следующий ремонтный размер.

Во многих двигателях иностранного производства установка ремонтных деталей не предусмотрена. Там нужно менять сразу весь комплект — гильзы, поршни и кольца.

Если не отреагировать на падение компрессии ниже нормы своевременно, последствия могут быть такими:

  • холодный запуск двигателя усложнится, а потом и вовсе станет невозможным без инъекции масла в цилиндры;
  • расход моторной смазки на угар вырастет до 1—1,5 л на 1000 км пробега, отчего могут выйти из строя свечи и закоксоваться кольца;
  • из-за большой разницы компрессии в цилиндрах мотор будет нестабильно работать и вибрировать;
  • значительно вырастет расход топлива;
  • мощность силового агрегата упадёт до такой степени, что ездить станет невозможно.
Читать еще:  Что такое блок двигателя в сборе

Причиной завышенной компрессии является присутствие моторного масла в камерах сгорания в больших количествах, что ведёт к уплотнению всех зазоров. Проблема возникает из-за негодных маслоотражающих колпачков, когда смазка попадает в камеры не снизу, а сверху, через клапаны. Такая неполадка считается относительно безобидной: маслоотражатели меняются за 2—3 часа в зависимости от марки авто.

Измерение компрессии продолжает оставаться одним из наиболее простых и быстрых методов диагностики силовых агрегатов. Когда появляются проблемы с двигателем, проверить давление нужно прежде всего. А уж по результатам испытаний следует определиться с дальнейшей последовательностью действий: проводить более глубокую диагностику либо разбирать и ремонтировать мотор.

Зависимость момента от скорости, влияние нагрузки

Момент, создаваемый шаговым двигателем, зависит от скорости, тока в обмотках и схемы драйвера. На рис. 1а показана зависимость момента от угла поворота ротора.

Рис. 1. Возникновение мертвых зон в результате действия трения

У идеального шагового двигателя эта зависимость синусоидальная. Точки S являются положениями равновесия ротора для негруженного двигателя и соответствуют нескольким последовательным шагам. Если к валу двигателя приложить внешний момент, меньший момента удержания, то угловое положение ротора изменится на некоторый угол Ф.

где Ф – угловое смещение,
N – количество шагов двигателя на оборот,
Ta – внешний приложенный момент,
Th – момент удержания.

Угловое смещение Ф является ошибкой позиционирования нагруженного двигателя. Если к валу двигателя приложить момент, превышающий момент удержания, то под действием этого момента вал провернется. В таком режиме положение ротора является неконтролируемым.

На практике всегда имеется приложенный к двигателю внешний момент, хотя бы потому, что двигателю приходится преодолевать трение. Силы трения могут быть расделены на две категории: статическое трение или трение покоя, для преодоления которого требуется постоянный момент и динамическое трение или вязкое трение, которое зависит от скорости. Рассмотрим статическое трение. Предположим, что для его преодоления требуется момент в половину от пикового. На рис. 1а штриховыми линиями показан момент трения. Таким образом, для вращения ротора остается только момент, лежащий на графике за пределами штриховых линий. Отсюда следуют два вывода: трение снижает момент на валу двигателя и появляются мертвые зоны вокруг каждого положения равновесия ротора (рис. 1б):

d = 2 (S / (pi/2)) arcsin(Tf /Th) = (S / (pi/4)) arcsin(Tf / Th),

где d – ширина мертвой зоны в радианах,
S – угол шага в радианах,
Tf – момент трения,
Th – момент удержания.

Мертвые зоны ограничивают точность позиционирования. Например, наличие статического трения в половину от пикового момента двигателя с шагом 90 град. вызовет наличие мертвых зон в 60 град. Это означает, что шаг двигателя может колебаться от 30 до 150 град., в зависимости от того, в какой точке мертвой зоны остановится ротор после очередного шага.

Наличие мертвых зон является очень важным для микрошагового режима. Если, например, имеются мертвые зоны величиной d, то микрошаг величиной менее d вообще не сдвинет ротор с места. Поэтому для систем с использованием микрошагов очень важно минимизировать трение покоя.

Когда двигатель работает под нагрузкой, всегда существует некоторый сдвиг между угловым положением ротора и ориентацией магнитного поля статора. Особенно неблагоприятной является ситуация, когда двигатель начинает торможение и момент нагрузки реверсируется. Нужно отметить, что запаздывание или опережение относится только к положению, но не к скорости. В любом случае, если синхронность работы двигателя не потеряна, это запаздывание или опережение не может превышать величины двух полных шагов. Это весьма приятный факт.

Каждый раз, когда шаговый двигатель осуществляет шаг, ротор поворачивается на S радиан. При этом минимальный момент имеет в место, когда ротор находится ровно между соседними положениями равновесия (рис. 2).

Рис. 2. Момент удержания и рабочий момент шагового двигателя.

Этот момент называют рабочим моментом, он означает, какой наибольший момент может преодолевать двигатель при вращении с малой скоростью. При синусоидальной зависимости момента от угла поворота ротора, этот момент Tr = Th/(2 0.5 ). Если двигатель делает шаг с двумя запитанными обмотками, то рабочий момент равен моменту удержания для одной запитанной обмотки.

Параметры привода на основе шагового двигателя сильно зависят от характеристик нагрузки. Кроме трения, реальная нагрузка обладает инерцией. Инерция препятствует изменению скорости. Инерционная нагрузка требует от двигателя больших моментов на разгоне и торможении, ограничивая таким образом максимальное ускорение. С другой стороны, увеличение инерционности нагрузки увеличивает стабильность скорости.

Такой параметр шагового двигателя, как зависимость момента от скорости является важнейшим при выборе типа двигателя, выборе метода управления фазами и выборе схемы драйвера. При конструировании высокоскоростных драйверов шаговых двигателей нужно учитывать, что обмотки двигателя представляют собой индуктивность. Эта индуктивность определяет время нарастания и спада тока. Поэтому если к обмотке приложено напряжение прямоугольной формы, форма тока не будет прямоугольной. При низких скоростях (рис. 3а) время нарастания и спада тока не способно сильно повлиять на момент, однако на высоких скоростях момент падает. Связано это с тем, что на высоких скоростях ток в обмотках двигателя не успевает достигнуть номинального значения (рис. 3б).

Рис. 3. Форма тока в обмотках двигателя на разных скоростях работы.

Для того, чтобы момент падал как можно меньше, необходимо обеспечить высокую скорость нарастания тока в обмотках двигателя, что достигается применением специальных схем для их питания.

Поведение момента при увеличении частоты коммутации фаз примерно таково: начиная с некоторой частоты среза момент монотонно падает. Обычно для шагового двигателя приводятся две кривые зависимости момента от скорости (рис. 4).

Рис. 4. Зависимость момента от скорости.

Внутренняя кривая (кривая старта, или pull-in curve) показывает, при каком максимальном моменте трения для данной скорости шаговый двигатель способен тронуться. Эта кривая пересекает ось скоростей в точке, называемой максимальной частотой старта или частотой приемистости. Она определяет максимальную скорость, на которой ненагруженный двигатель может тронуться. На практике эта величина лежит в пределах 200 – 500 полных шагов в секунду. Инерционность нагрузки сильно влияет на вид внутренней кривой. Большая инерционность соответствует меньшей области под кривой. Эта область называется областью старта. Внешняя кривая (кривая разгона, или pull-out curve) показывает, при каком максимальном моменте трения для данной скорости шаговый двигатель способен поддерживать вращение без пропуска шагов. Эта кривая пересекает ось скоростей в точке, называемой максимальной частотой разгона. Она показывает максимальную скорость для данного двигателя без нагрузки. При измерении максимальной скорости нужно иметь в виду, что из-за явления резонанса момент равен нулю еще и на резонансной частоте. Область, которая лежит между кривыми, называется областью разгона.

Подписка

Подпишись на наши новости

Получайте первыми актуальную информацию ООО «Электропривод»

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector