Схемы пуска и торможения двигателя

В настоящее время наиболее распространены трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Пуск и остановка таких двигателей при включении на полное напряжение сети осуществляются дистанционно при помощи магнитных пускателей.

Наиболее часто используется схема с одним пускателем и кнопками управления «Пуск» и «Стоп». Для того, чтобы обеспечить вращение вала двигателя в обе стороны используется схема с двумя пускателями (или с реверсивным пускателем) и тремя кнопками. Такая схема позволяет менять направление вращения вала двигателя «на ходу» без его предварительной остановки.

Схемы пуска двигателя

Электрический двигатель М питается от трехфазной сети переменного напряжения. Трехфазный автоматический выключатель QF предназначен для отключения схемы при коротком замыкании. Однофазный автоматический выключатель SF защищает цепи управления.

Основным элементом магнитного пускателя является контактор (мощное реле для коммутации больших токов) КМ. Его силовые контакты коммутируют три фазы, подходящие к электродвигателю. Кнопка SB1 («Пуск») предназначена для пуска двигателя, а кнопка SB2 («Стоп») — для остановки. Тепловые биметаллические реле KK1 и КК2 осуществляют отключение схемы при превышении тока, потребляемого электродвигателем.

Рис. 1. Схема пуска трехфазного асинхронного двигателя с помощью магнитного пускателя

При нажатии кнопки SB1 контактор КМ срабатывает и контактами KM.1, КМ.2, КМ.3 подключает электродвигатель к сети, а контактом КМ.4 блокирует кнопку (самоблокировка).

Для остановки электродвигателя достаточно нажать кнопку SB2, при этом контактор КМ отпускает и отключает электродвигатель.

Важным свойством магнитного пускателя является то, что при случайном пропадании напряжения в сети двигатель отключается, но восстановление напряжения в сети не приводит к самопроизвольному запуску двигателя, так как при отключении напряжения отпускает контактор КМ, и для повторного включения необходимо нажать кнопку SB1.

При неисправности установки, например, при заклинивании и остановке ротора двигателя, ток, потребляемый двигателем, возрастает в несколько раз, что приводит к срабатыванию тепловых реле, размыканию контактов KK1, КК2 и отключению установки. Возврат контактов КК в замкнутое состояние производится вручную после устранения неисправности.

Реверсивный магнитный пускатель позволяет не только запускать и останавливать электрический двигатель, но изменять направление вращения ротора. Для этого схема пускателя (рис. 2) содержит два комплекта контакторов и кнопок пуска.

Рис. 2. Схема пуска двигателя с помощью реверсивного магнитного пускателя

Контактор КМ1 и кнопка SB1 с самоблокировкой предназначены для включения двигателя в режиме «вперед», а контактор КМ2 и кнопка SB2 включают режим «назад». Для изменения направления вращения ротора трехфазного двигателя достаточно поменять местами любые две из трех фаз питающего напряжения, что и обеспечивается основными контактами контакторов.

Кнопка SB3 предназначена для остановки двигателя, контакты КМ 1.5 и КМ2.5 осуществляют взаимоблокировку, а тепловые реле КК1 и КК2 — защиту при превышении тока.

Включение двигателя на полное напряжение сети сопровождается большими пусковыми токами, что может быть недопустимо для сети ограниченной мощности.

Схема пуска электродвигателя с ограничением пускового тока (рис. 3) содержит резисторы R1, R2, R3, включенные последовательно с обмотками электродвигателя. Эти резисторы ограничивают ток в момент пуска при срабатывании контактора КМ после нажатия кнопки SB1. Одновременно с КМ при замыкании контакта КМ.5 срабатывает реле времени КТ.

Выдержка, осуществляемая реле времени, должна быть достаточной для разгона электродвигателя. По окончании времени выдержки замыкается контакт КТ, срабатывает реле К и своими контактами K.1, К.2, К.3 шунтирует пусковые резисторы. Процесс пуска завершен, на двигатель подается полное напряжение.

Рис. 3. Схема пуска двигателя с ограничением пускового тока

Далее будут рассмотрены две наиболее популярных схемы торможения трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором: схема динамического торможения и схема торможения противовключением.

Схемы торможения двигателя

После снятия напряжения с двигателя его ротор какое-то время продолжает вращаться за счет инерции. В ряде устройств, например, в подъемно-транспортных механизмах, требуется осуществлять принудительное торможение для уменьшения величины выбега. Динамическое торможение заключается в том, что после снятия переменного напряжения через обмотки электродвигателя пропускается постоянный ток.

Схема динамического торможения показана на рис. 4.

Рис. 4. Схема динамического торможения двигателя

В схеме, помимо основного контактора КМ, присутствует реле К, включающее режим торможения. Поскольку реле и контактор не могут быть включены одновременно, применена схема взаимоблокировки (контакты КМ.5 и К.3).

При нажатии кнопки SB1 срабатывает контактор КМ, подает питание на двигатель (контакты КМ.1 КМ.2, КМ.3), блокирует кнопку (КМ.4) и блокирует реле К (КМ.5). Замыкание КМ.6 вызывает срабатывание реле времени КТ и замыкание контакта КТ без выдержки времени. Таким образом осуществляется пуск двигателя.

Для остановки двигателя следует нажать кнопку SB2. Контактор КМ отпускает, размыкаются контакты KM.1 — KM.3, отключая двигатель, замыкает контакт КМ.5, что вызывает срабатывание реле К. Контакты K.1 и К.2 замыкаются, подавая постоянный ток в обмотки. Происходит быстрое торможение.

При размыкании контакта КМ.6 реле времени КТ отпускает, начинается выдержка времени. Величина выдержки должна быть достаточна для полной остановки электродвигателя. По окончании выдержки времени контакт КТ размыкается, реле К отпускает и снимает постоянное напряжение с обмоток электродвигателя.

Наиболее эффективным способом торможения является реверсирование двигателя, когда сразу после снятия питания на электродвигатель подается напряжение, вызывающее появление встречного вращающего момента. Схема торможения противовключением приведена на рис. 5.

Рис. 5. Схема торможения двигателя противовключением

Частота вращения ротора двигателя контролируется с помощью реле частоты вращения с контактом SR. Если частота вращения больше некоторого значения, контакт SR замкнут. При остановке двигателя контакт SR размыкается. Кроме контактора прямого включения KM1 схема содержит контактор для реверсирования КМ2.

При пуске двигателя срабатывает контактор KM1 и контактом КМ 1.5 разрывает цепь катушки КМ2. С достижением определенной частоты вращения замыкается контакт SR подготавливая цепь для включения реверса.

При останове двигателя контактор KM1 отпускает и замыкает контакт КМ1.5. В результате этого контактор КМ2 срабатывает и подает на электродвигатель реверсирующее напряжение для торможения. Снижение частоты вращения ротора вызывает размыкание SR, контактор КМ2 отпускает, торможение прекращается.

Устройство и принцип работы системы запуска двигателя

Система запуска двигателя обеспечивает первоначальное проворачивание коленчатого вала ДВС, благодаря чему в цилиндрах происходит воспламенение топливовоздушной смеси и мотор начинает работать самостоятельно. В эту систему входят несколько ключевых элементов и узлов, работу которых мы рассмотрим далее в статье.

Что представляет собой

В современных автомобилях реализована электрическая система пуска двигателя. Также ее часто называют стартерной системой пуска. Одновременно с вращением коленвала в работу включается система ГРМ, зажигания и топливоподачи. Происходит сгорание топливовоздушной смеси в камерах сгорания и поршни проворачивают коленвал. После достижения определенных оборотов коленчатого вала двигатель начинает работать самостоятельно, по инерции.

Запуск двигателя

Чтобы запустить двигатель, нужно достичь определенной частоты вращения коленчатого вала. Для разных типов двигателей это значение отличается. Для бензинового мотора минимально необходимо 40-70 об/мин, для дизельного – 100-200 об/мин.

На начальном этапе автомобилестроения активно использовалась механическая система пуска с помощью заводной рукоятки. Это было ненадежно и неудобно. Сейчас от таких решений отказались в пользу электрической системы запуска.

Устройство системы запуска двигателя

В систему пуска двигателя входят следующие ключевые элементы:

• механизмы управления (замок зажигания, дистанционный запуск, система Старт-Стоп);
• аккумуляторная батарея;
• стартер;
• провода определенного сечения.

Схема запуска двигателя

Ключевым элементом системы является стартер, который, в свою очередь, питается от аккумуляторной батареи. Это электродвигатель постоянного тока. Он создает крутящий момент, который передается маховику и коленчатому валу.

Как работает запуск двигателя

После поворота ключа в замке зажигания в положение «запуск» замыкается электрическая цепь. Ток по плюсовой цепи от аккумулятора поступает на обмотку тягового реле стартера. Затем по обмотке возбуждения ток проходит к плюсовой щетке, затем по обмотке якоря на минусовую щетку. Так срабатывает тяговое реле. Подвижный сердечник втягивается и замыкает силовые пятаки. При движении сердечника выдвигается вилка, которая толкает приводной механизм (бендикс).

После замыкания силовых пятаков от аккумулятора подается пусковой ток по плюсовому проводу на статор, щетки и ротор (якорь) стартера. Вокруг обмоток возникает магнитное поле, которое приводит в движение якорь. Таким образом электрическая энергия от аккумулятора преобразуется в механическую энергию.

Работа выключенного и включенного стартера

Как уже было сказано, вилка, во время движения втягивающего реле, выталкивает бендикс к венцу маховика. Так происходит зацепление. Якорь вращается и приводит в движение маховик, который передает это движение коленчатому валу. После запуска двигателя маховик раскручивается до больших оборотов. Чтобы не повредить стартер, срабатывает обгонная муфта бендикса. При определенной частоте бендикс вращается независимо от якоря.

После запуска двигателя и отключения зажигания от положения «запуск» бендикс принимает исходное положение, а двигатель работает самостоятельно.

Особенности работы аккумуляторной батареи

От состояния и мощности аккумулятора будет зависеть успешный запуск двигателя. Многие знают, что для АКБ важны такие показатели, как емкость и ток холодной прокрутки. Эти параметры указываются на маркировке, например, 60/450А. Емкость измеряется в Ампер-часах. Аккумулятор имеет малое внутренне сопротивление, поэтому он может кратковременно отдавать большие токи, в несколько раз превышающие его емкость. Указанный ток холодной прокрутки 450А, но при соблюдении определенных условий: +18С° в течение не более 10 секунд.

Однако, подаваемый ток на стартер все равно будет меньше указанных значений, так как не учитывается сопротивление самого стартера и силовых проводов. Этот ток и называется пусковым током.

Справка. Внутреннее сопротивление аккумулятора в среднем составляет 2-9 мОм. Сопротивление стартера бензинового мотора в среднем 20-30 мОм. Как видно, для правильной работы необходимо, чтобы сопротивление стартера и проводов в несколько раз превышало сопротивление аккумулятора, иначе внутреннее напряжение аккумулятора при пуске будет проседать ниже 7-9 вольт, а этого допускать нельзя. В момент подачи тока напряжение исправного АКБ проседает в среднем до 10,8В в течение нескольких секунд, а затем вновь восстанавливается до 12В или чуть выше.

Аккумулятор отдает пусковой ток на стартер в течение 5-10 секунд. Затем нужно сделать паузу 5-10 секунд, чтобы аккумулятор «набрался сил».

Если после попытки запуска напряжение в бортовой сети резко падает или стартер прокручивается наполовину, то это свидетельствует о глубоком разряде АКБ. Если стартер выдает характерные щелчки, то аккумулятор окончательно сел. Среди других причин может быть поломка стартера.

Сила тока при старте

Стартеры для бензинового и дизельного мотора будут отличаться по мощности. Для бензиновых ДВС используются стартеры мощностью 0,8-1,4 кВт, для дизельных – 2 кВт и выше. Что это значит? Это значит, что стартеру с дизельным мотором нужно больше мощности, чтобы прокрутить коленвал на сжатие. Стартер мощностью 1 кВт потребляет 80А, 2 кВт потребляет 160А. Больше всего энергии уходит на начальную прокрутку коленчатого вала.

Среднее значение пускового тока для бензинового двигателя – 255А для успешной прокрутки коленвала, но это с учетом плюсовой температуры 18С° или выше. При минусовой температуре стартеру нужно крутить коленвал в загустевшем масле, что повышает сопротивление.

Особенности запуска двигателя в зимних условиях

В зимнее время бывает трудно запустить двигатель. Масло густеет, а значит провернуть его труднее. Также часто подводит аккумулятор.

При минусовой температуре внутреннее сопротивление аккумулятора повышается, батарея садится быстрее, также неохотно отдает нужный пусковой ток. Для успешного пуска двигателя зимой АКБ должна быть полностью заряжена и не должна быть замерзшей. Дополнительно нужно следить за контактами на клеммах.

Вот несколько советов, которые помогут запустить двигатель зимой:

1. Перед включением стартера на холодную включите дальний свет на несколько секунд. Это запустит химические процессы в батарее, так сказать, «разбудит» аккумулятор.
2. Не крутите стартер больше 10 секунд. Так батарея быстро садится, особенно на морозе.
3. Выжмите полностью педаль сцепления, чтобы стартеру не нужно было крутить дополнительные шестерни в вязком трансмиссионном масле.
4. Иногда могут помочь специальные аэрозоли или «стартерные жидкости», которые впрыскивают в воздухозаборник. При исправном состоянии мотор заведется.

Тысячи водителей ежедневно заводят свои моторы и едут по делам. Начало движения возможно благодаря слаженной работе системы запуска двигателя. Зная ее устройство, можно не только запускать двигатель в самых разных условиях, но и подобрать нужные компоненты в соответствии с требованиями именно к вашему автомобилю.