Motor system fehler

Обновлено: 08.07.2024

Двигатели 2.0 TSI семейства EA888 gen3 (3-его поколения) начали выпускать в 2012 году. По сравнению со вторым поколением двигателей 2.0 TSI ЕА888 gen2 (CAE, CDN, CCZ) изменения коснулись самого бока цилиндров, который стал легче, благодаря более тонким стенками закрытого блока (3 мм в gen3 и 3,5 мм в gen2). Коленчатый вал, шатуны и поршни также претерпели изменения (диаметр шеек коленчатого вала - 52 мм). Конструкцию масляного насоса также изменили, он стал более производительным и позволяет реализовать функцию отключения части масляных форсунок.

Головка блока цилиндров также была изменена по сравнению с аналогичной на 2-ом поколении моторов EA888, она оснащается фазовращателями на обоих распределительных валах. На выпускном распредвалу стоит система AVS (она отвечает за регулировку высоты подъёма клапана и срабатывает на 3 100 об/мин). Известная проблема с растяжением цепи ГРМ и работой её натяжителя получила дальнейшее решение в виде новой конструкции натяжителя, при том, что цепь оставили такую же как и на моторах EA888 gen2. Выпускной коллектор всё также встроен в саму головку блока цилиндров, а впрыск топлива здесь комбинированный (непосредственный в камеру и распределённый во впускной коллектор).

На базовые моторы 2.0 TSI EA888 gen3 устанавливается турбина IHI IS20, которая может создавать избыточное давление до 1.4 бар. Подобными двигателями управляет ЭБУ Siemens Simos 18.1. Моторы соответствуют экологическим нормам уровня ЕВРО-6.

С 2016 года семейство моторов EA888 получило новое поколение gen3B.

Базовые версии двигателей 2.0 TSI (EA888 gen3) - CHHA, CHHB, CHHC, CXCA, CXCB, CNCB, CNCD, CNCE, CULA, CULB, CULC, CPLA, CPPA

CHHA (230 л.с.): базовая первоначальная модификация двигателя 2.0 TSI семейства ЕА888 gen3;
CHHB (220 л.с.): аналог CHHA с уменьшенной мощностью до 220 л.с. (отличался настройкой ЭБУ);
CHHC (230 л.с.): аналог СHHA с той же мощностью, но только для полноприводной версии Audi TT;
CXCA (210 л.с.): версия CHHA с уменьшенной мощностью до 210 л.с. для рынка США (ставился на Golf VII GTI);
CXCB (220 л.с.): версия CHHB для рынка США (ставился на Golf VII GTI);
CXDA (220 л.с.): обновлённая версия CHHB с форсунками увеличенной производительности и корректировками блока управления.

CNCB (180 л.с.): версия CHHA для продольной установки на автомобили Audi с уменьшенной до 180 л.с. мощностью;
CNCD (220 л.с.): версия CHHB для продольной установки на автомобили Audi;
CNCE (230 л.с.): версия CHHA для продольной установки на автомобили Audi.

CULA/CULB (180 л.с.): версия CHHA с турбиной Garrett и уменьшенной до 180 л.с. мощностью;
CULC (220 л.с.): версия CHHA с турбиной Garrett и уменьшенной до 220 л.с. мощностью;
CPLA для VW Jetta GLI и Beetle
CPPA для VW Jetta GLI и Beetle, отличается от CPLA насосом для подачи вторичного воздуха и соответствием стандарту PZEV.

Volkswagen Golf 7 GTI
Volkswagen Jetta GLI
VW Passat B8
VW Tiguan
Audi A4
Audi A5
Audi A6
Audi Q5
Skoda Octavia RS
Skoda Superb
VW Amarok
VW Beetle
VW Eos
VW Scirocco
VW Sharan/SEAT Alhambra
VW T6/California
VW Teramont
Audi A1
Audi TT
Audi Q2
Audi Q3
Audi Q7

Форсированные версии двигателей 2.0 TSI (EA888 gen3) - CJXA, CJXB, CJXC, CJXE, CJXF, CJXH, CJXG, CYFB

CJXA/CJXB (280 л.с.)
CJXC (300 л.с.)
CJXE (265 л.с.)
CJXF (286 л.с.)
CJXH (290 л.с.)
CJXG (310 л.с.)
CYFB (292 л.с.): версия мотора CJX, которая устанавливалась на Golf 7 для Североамериканского рынка.

Volkswagen Golf 7 R
Audi S3
Audi TTS
SEAT Leon Cupra

Характеристики двигателей 2.0 TSI EA888 gen3 (180 л.с. - 310 л.с.)

Производство: Volkswagen Plant
Годы выпуска: 2012-н.в.
Материал блока цилиндров: чугун
Тип: рядный 4-ех цилиндровый (R4), 16 клапанов (4 клапана на цилиндр)
Ход поршня: 92,8 мм
Диаметр цилиндра: 82,5 мм
Степень сжатия: 9,6 (9,3 - форсированные CJX)
Объем двигателя: 1984 куб.см

Двигатели: CHHA, CHHB, CHHC, CXCA, CXCB, CNCB, CNCD, CNCE, CULA, CULB, CULC

CHHA / CHHC / CNCE - 230 л.с. (169 кВт) при 4700-6200 об/мин, 350 Нм при 1500-4600 об/мин.
CHHB / CXCB / CNCD / CULC - 220 л.с. (162 кВт) при 4500-6200 об/мин, 350 Нм при 1500-4400 об/мин.
CXCA - 210 л.с. (155 кВт) при 5300-6200 об/мин, 280 Нм при 1700-5200 об/мин.
CNCB / CULA / CULB - 180 л.с. (132 кВт) при 4000-6000 об/мин, 320 Нм при 1500-3800 об/мин.

CJXA / CJXB - 280 л.с. (206 кВт) при 5600-6500 об/мин, 350 Нм при 1700-5600 об/мин
CJXC - 300 л.с. (220 кВт) при 5500-6200 об/мин, 380 Нм при 1800-5500 об/мин.
CJXE - 265 л.с. (195 кВт) при 5350-6600 об/мин, 350 Нм при 1700-5300 об/мин
CJXF - 286 л.с. (210 кВт) при 5900-6400 об/мин, 350 Нм при 1700-5800 об/мин
CJXH - 290 л.с. (213 кВт) при 5900-6400 об/мин, 350 Нм при 1700-5800 об/мин
CJXG - 310 л.с. (228 кВт) при 5500-6500 об/мин, 400 Нм при 2000-5400 об/мин
CYFB - 292 л.с. (215 кВт) при 5400-6400 об/мин, 380 Нм при 1800-5500 об/мин

город - 7,5 л/100 км
трасса - 5,1 л/100 км
смеш. - 6,0 л/100 км

VAG LongLife III 5W-30 (G 052 195 M2) (Допуски и спецификации: VW 504 00 / 507 00)
VAG LongLife III 0W-30 (G 052 545 M2) (Допуски и спецификации: VW 504 00 / 507 00)
VAG Special Plus 5W-40 (G 052 167 M2) (Допуски и спецификации: VW 502 00 / 505 00 / 505 01)

Основные проблемы и недостатки двигателей 2.0 TSI семейства EA888 gen3:

1) Проблемы с масляным насосом

Маслонасос расположен в картере двигателя и не смотря на то, что на первых поколениях EA888 он оснащался простым байпасным клапаном, на gen3 ему сделали двухступенчатую систему регулирования. На первых версиях бывали случаи, когда сетка маслоприемника забивалась, рвалась цепь привода насоса или западал редукционный клапан насоса (совсем редкие случаи, но всё же они были).

С введением системы регулирования участились случаи проворота вкладышей, которые связывают в том числе с новой конструкцией масляного насоса. Хотя на это также могло повлиять и то, что у gen3 шейки коленвала имеют уменьшенный диаметр для облегчения конструкции.

2) Растжение цепи

Моторы 3-его поколения хоть и пережили все изменения привода механизма ГРМ и его натяжителя, в любом случае требуют контроля за его состоянием. Как показывает практика цепь на gen3 растягивается после 120-140 тыс.км пробега. Поэтому необходимо заниматься контролем состояния цепи уже со 100 тыс. км или сразу планировать замену на этом пробеге, чтобы превентивно избежать проблем с этим узлом.

Проверить растяжение цепи можно с помощью зубчиков (рисок) на натяжителе через смотровое окошко. На всех поколениях двигателей EA888 это делается одинаково.

3) Высокая рабочая температура двигателя

Двигатели семейства EA888 очень термонагруженные, что неудивительно, глядя на их мощностные показатели. Но такая высокая температура привносит ещё и ряд проблем для других узлов двигателя. Масло становится более текучим и хуже смазывает детали, быстрее стекает, а пластик становится твердым, вследствие чего хуже гасит вибрации и быстрее изнашивается. Слишком высокая рабочая температура двигателя до сих пор остаётся без изменений, но тюнинговые продукты умеют исправлять этот недостаток: меняют и температуру срабатывания термостата, и температуру включения вентиляторов.

Также из-за высоких температур может деформироваться корпус помпы, который выполнен из пластика. Помпа выполнена в одном корпусе с термостатом и имеет ременной привод от одного из балансирных валов. Срок эксплуатации модуля помпа-термостат оказался менее пяти лет, а при работе двигателя в условиях крупных городов и пробок - даже менее трех.

Утечки охлаждающей жидкости на этих моторах критичны и недопустимы, так как его нужно очень хорошо охлаждать, дабы избежать проблем перегрева и полного выхода из строя.

Подобраться к насосу охлаждающей жидкости очень сложно, сверху он прикрыт впускным коллектором, снизу доступ тоже ограничен. Зато на ремень снизу легко попадает вода, что может привести к его выходу из строя, поэтому по лужам надо ездить очень аккуратно. Масла ремень не особенно боится, но бывали случаи его разрушения по неизвестным причинам.

4) Дизельный звук и вибрации

Фазовращатели на семействе EA888 не вечные и со временем могут начать издавать неприятные звуки. При этом мотор может начать троить и потряхивать. Сопровождается это, как правило, характерным "дизелением". Проблема кроется в клапанах фазовращателя и для устранения этого недостатка потребуется замена соответствующего фазовращателя.

5) Потеря тяги, рывки и провалы при разгоне

Уже начиная с пробега в 50 тыс. км может случится такое, что двигатель начнёт плохо откликаться на газ, будет терять тягу и разгоняться рывками. Всё это свидетельствует о том, что необходимо сделать адаптацию регулятора давления турбины. Это не очень сложная сервисная операция, которую можно сделать самостоятельно, имея под рукой программу ВАСЯ диагност.

Ресурс двигателя:

В общем и целом, эти моторы стали лучше и надежней, чем EA888 gen2, пропал жор масла, теперь не нужно капиталить почти новый мотор. Тем не менее, все также нужно менять масло в 2 раза чаще положенного, лить только хорошее масло (не подделку) и не экономить на нем, регулярно и качественно обслуживаться.

Бензин заливаем только 98, при этом не забываем регулярно делать промывку клапанов и очистку топливной системы (минимум каждое второе ТО), так как двигатели gen3, хоть и в меньшей степени, чем предыдущие поколения, но всё же склонны к образованию нагара на кпанах.

При правильном обслуживании эти агрегаты могут проехать более 250-300 тыс. км без капитального ремонта, но многие узлы за это время всё же придётся заменить.

Возможности чип-тюнинга :

Эти моторы очень хорошо поддаются доработке и легко переходят планку в 300 л.с. Вам достаточно перепрошить блок управления и на 98 бензине вы получите под 320 л.с. вместе с 450-500 Нм момента. Если поставить холодный впуск, интеркулер побольше и даунпайп, то на прошивке Stage 2 вы получите более 330 л.с. и крутящий момент свыше 520-540 Нм. Можно залить спортивное топливо и отжать еще немного, но в целом это предел для стандартной турбины.

Получить больше мощности вам поможет турбина IS38 от Golf 7 R, свечи с калильным числом 9, интеркулер от S3, холодный впуск и даунпайп. На 98 бензине вы получите более 380 лошадей и до 550 Нм крутящего момента. Такие же результаты показывают моторы CJX от Audi S3/VW Golf 7R/SEAT Leon Cupra.

ex 2013 Skoda Octavia A5 ambition 1.6 MPI (BSE) 102 л.с. АКПП-6 09G
2017 Skoda Yeti 5L style outdoor 1.8 TSI (CDAB) 152 л.с. DSG-6 0D9 4x4
Alfa Romeo & Mercedes-Benz

SEBA – это бензиновый силовой агрегат, который разрабатывался американскими инженерами специально для установки под капот Ford Mondeo четвертого поколения до рестайлинга и после него. Максимальная мощность мотора с рабочим объемом 2.3 литра составляет 160 или 161 лошадиную силу, в зависимости от модификации.

Силовой агрегат отличается большим количеством конструктивных особенностей. Головка блока цилиндров предусматривает установку 16 клапанов, которые управляются двумя распределительными валами с верхним расположением. При производстве блока цилиндров был использован надежный алюминиевый сплав, а также на нем установлены замки для коленчатого вала, интегрированные в единый модуль.

В конструкции газораспределительного механизма в качестве привода используется цепь. Уравновешенная работа силового агрегата обеспечивается благодаря наличию в конструкции балансировочных валов. Поддон картера отличается дополнительным креплением к блоку трансмиссии, что дает возможность обеспечить более надежное крепление. Каждый из цилиндров отличается индивидуальной катушкой зажигания.

Мощность, л.с.	160 - 161
Тип топлива	Бензин
Объем, см*3	2261
Максимальный крутящий момент, Нм (кгм) при об./мин.	208 (21) / 4000
Расход топлива, л/100 км	9.3
Тип двигателя	Duratec
Количество клапанов на цилиндр	4
Максимальная мощность, л.с. (кВт) при об./мин.	160 (118) / 6500; 161 (118) / 6500
Нагнетатель	Нет

Силовой агрегат получил огромное количество положительных отзывов, поскольку конструкция мотора довольно надежная. Американские инженеры приложили максимум усилий, что позволило лишить мотор практически всех уязвимых узлов. Благодаря такой особенности конструкция была даже взята за основу для производства моторов известных японских компаний.

Ресурс мотора SEBA на практике может превысить 400 тысяч километров без особых проблем и необходимости капитального ремонта. Но для того, чтобы достигнуть таких результатов, придется приложить немало усилий, и своевременно обслуживать силовой агрегат, а также использовать качественные смазывающие жидкости. Производители регламентируют использование масел SAE 5W-20 и SAE 5W-30.

В конструкции двигателя предусматривается цепной привод газораспределительного механизма, который крайне редко вызывает проблемы у владельцев. Этот узел заявлен производителями как необслуживаемый, и на практике он действительно способен пройти весь ресурс мотора.

В моторе также установлена система распределенного впрыска топлива. Конструкция системы питания отличается большой надежностью, а также позволяет существенно снизить расход бензина, так как он подается в камеры сгорания в зависимости от потребностей в определенной ситуации.

Но проблемы все-таки возникают, без этого никуда. После посещения сервисов владельцы таких моторов остаются приятно удивленными, поскольку стоимость обслуживания на сервисах будет небольшой. В конструкции силового агрегата нет сложных узлов, а также он очень популярный. Это влечет за собой то, что все запасные части достаются очень просто, а также стоят сравнительно недорого.

Мотор проявил себя с положительной стороны, и зарекомендовал достаточно надежным и хорошим в эксплуатации. Но владельцы практически всегда сталкиваются с одной характерной проблемой – повышенное потребление смазывающей жидкости. Эта проблема, как правило, возникает после 120 тысяч километров пробега. Такие симптомы могут быть вызваны только одним – потерей свойств поршневых колец благодаря повышенному износу.

Но у этой проблемы могут быть куда более серьезные последствия. Большая часть владельцев сталкиваются с ситуацией, когда они забывают контролировать уровень смазывающей жидкости в силовом агрегате. Эта проблема влечет за собой масляное голодание. Ничего другого, кроме проворота вкладышей в этой ситуации не получится. В таком варианте исхода событий придется менять коленчатый вал или растачивать его.

Еще одной проблемой, которая стала характерной для таких силовых агрегатов, является стук, исходящий от заслонок, обеспечивающих дополнительную подачу воздуха во время того, как в моторе производится такт впуска. Эти заслонки размещены во впускном коллекторе. На первый взгляд можно перепутать звук с стрекотанием от клапанов, но это не так. Решить эту проблему можно путем полной замены впускного коллектора.

Помимо этого, владельцы автомобилей с таким силовым агрегатом под капотом могут столкнуться с проблемами в дроссельном узле. Как правило, после преодоления пробега в 50 тысяч километров в двигателе начинает появляться детонация, постоянно плавают обороты или возникают проблемы с запуском мотора. Эту проблему можно просто решить путем прочистки дроссельной заслонки или её полноценной заменой.

В конструкции силового агрегата отсутствуют гидравлические компенсаторы тепловых зазоров клапанов газораспределительного механизма. Поэтому, владельцы сталкиваются с необходимостью механической регулировки спустя прохождения каждых 100 тысяч километров. Эта процедура довольно дорогостоящая и проблемная.

Технические характеристики

Точный рабочий объем двигателя составляет 2261 кубических сантиметра. Мотор относится к семейству Duratec, а также устроен по системе DOHC, что предусматривает наличие 4 клапанов на каждом цилиндре. Диаметр цилиндров составляет 87.5 миллиметра, а поршень ходит там на 94 миллиметра, что дает возможность обеспечить степень сжатия в 10.6 к 1.

Во время прохождения каждого километра в окружающую среду выбрасывается 223 грамма вредных веществ. На каждые 100 километров пройденного пути затрачивается 9.3 литра бензина. Максимальная мощность мотора составляет 160 или 16 лошадиную силу, которые развиваются на 6.5 оборотах в минуту. Пиковый крутящий момент в 208 Нм достигается на 4 тысячах оборотов в минуту.

В зарубежной литературе можно встретить два термина, связанных с этими двигателями:

PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor), что на языке Пушкина означает: синхронный двигатель c постоянными магнитами (СДПМ), и это понятно.

BLDC (Brush Less Direct Current), что переводится с языка Шекспира, как Бесколлекторный (бесщеточный) Двигатель Постоянного Тока (БДПТ), и это непонятно. Причем здесь постоянный ток?

С этими названиями и у нас, и за рубежом существует немалая путаница.

Например, термин PMSM (СДПМ) может применяться для обозначения двигателя с постоянными магнитами на роторе, независимо от формы его ЭДС, но так же часто его применяют, подразумевая исключительно синусоидальную форму ЭДС двигателя.

Термин BLDC (БДПТ) может применяться для обозначения двигателя с постоянными магнитами на роторе и трапецеидальной ЭДС, а может вообще обозначать не двигатель, а некий мехатронный узел, включающий в себя:

двигатель с постоянными магнитами и трапецеидальной ЭДС

датчик положения ротора

управляемый по сигналам этого датчика полупроводниковый коммутатор.

Собственно этот мехатронный узел, который может, как и двигатель постоянного тока, управляться постоянным напряжением и породил сам термин BLDC (БДПТ).

Попытки автора разобраться с этим термином быстро зашли в тупик, так как в различных источниках обнаружились явные противоречия.

Ну, . приехали .

Какой термин, какой форме ЭДС соответствует – непонятно.

А между тем, именно эта форма определяет выбор структуры системы управления двигателем.

Как человек занимающийся управлением этими двигателями хочу предложить:

термином БДПТ обозначать не двигатель, а исключительно описанный выше мехатронный узел (аналог двигателя постоянного тока)

делить синхронные двигатели с постоянными магнитами на роторе (СДПМ) по типу ЭДС на две группы:

1) с синусоидальной ЭДС (далее, для краткости, - СДПМс)

2) с трапецеидальной ЭДС (далее, для краткости, - СДПМт)

Управление

При управлении двигателями с синусоидальной ЭДС используется векторное регулирование (подробно описано в книжке по ссылке). С точки зрения возможностей и качества управления это наилучший вариант.

Однако и двигатели с трапецеидальной ЭДС в силу более простой конструкции статорных обмоток и возможности более простого управления применяются довольно часто.

Конструкция двигателей

Форма ЭДС определяется конструкцией двигателя.

Ротор синхронных двигателей представляет собой магнит с различным количеством пар полюсов.

Рисунок 1. Конструкции статорных обмоток

Статорная обмотка двигателя с трапецеидальной ЭДС проще и технологичнее, за счёт этого цена такого двигателя несколько ниже.

Далее остановимся более подробно на двигателе с трапецеидальной ЭДС (СДПМт)

Двигатель с одной парой полюсов будет выглядеть в разрезе так, как показано на Рис.2.

Рисунок 2. Схема двигател с одной парой полюсов я в разрезе

На статоре СДПМт намотаны три обмотки (А, В, С), сдвинутые в пространстве на 120°. Каждая обмотка состоит из двух секций, включённых встречно. Таким образом, при протекании тока в обмотке она создаёт внутри двигателя два полюса (положительный и отрицательный), к которым и притягивается магнитный ротор. Поочередное изменение токов в обмотках переключает полюса обмоток и заставляет ротор двигаться вслед за полем. На этом и основан принцип работы двигателя.

В дальнейшем будем считать нулевым то угловое положение ротора при котором вектор потока ротора совпадает по направлению с осью фазы А (осью обмотки А).

Уравнения равновесия статорных обмоток СДПМт в системе АВС

- потокосцепления фазных обмоток

- активное сопротивление фазной обмотки.

Поток в обмотке каждой фазы формируется из следующих составляющих:

поток, наводимый собственным током фазы

поток, наводимый магнитными полями других фазных обмоток

поток, наводимый в обмотке магнитами ротора.

Проиллюстрируем это системой (2):

- индуктивность фазных обмоток

- взаимные индуктивности обмоток

- потокосцепления, наводимые в обмотках магнитом ротора.

В общем случае все индуктивности системы (2) могут являться переменными функциями угла поворота поля .

В частном случае для неявнополюсного двигателя (при цилиндрическом роторе) индуктивности и взаимные индуктивности обмоток не зависят от угла.

Обозначив
- индуктивность фазной обмотки,

- взаимная индуктивность двух фазных обмоток,
и подставив выражения (2) в систему (1), получим выражение (3):

Заметив, что производные по времени от потокосцеплений магнитов ротора

- есть не что иное, как наводимая магнитами

ротора в этих обмотках ЭДС, систему (3) можно переписать в виде (4).

Теперь введем понятие единичной функции формы ЭДС.

Единичная функция формы ЭДС - это функция от угла поля (), имеющая единичную амплитуду и повторяющая по форме ЭДС. Для фаз А,В,С обозначим эти функции: .

Используя единичные функции формы, мгновенные ЭДС в фазах можно представить выражением (5):

- амплитуда потокосцепления ротора и фазной обмотки

- скорость вращения поля

- скорость вращения ротора

- число пар полюсов двигателя.

Зависимости единичных функций формы ЭДС обмоток СДПМт от угла поворота поля представлены На Рис.3.

Рис. 3. Единичные функции форм ЭДС

Вывод формулы для расчета электромагнитного момента СДПМт

Момент, создаваемый двигателем, является суммой моментов, создаваемых его обмотками.

Посмотрим на уравнение равновесия обмотки А из системы (4).

Умножив обе его части на ток обмотки, получим уравнение для мгновенной электрической мощности обмотки:

Рассмотрим составляющие этой мощности:

- реактивная мощность обмотки

- активная мощность, рассеивающаясяв обмотке

- мощность, создающая электромагнитный момент.

Если пренебречь потерями при переходе электрической мощности в механическую, то можно записать:

- электромагнитный момент двигателя

- угловая скорость вращения ротора.

Подставив в формулу (6) значения ЭДС из соотношений (5), получим формулу вычисления электромагнитного момента ротора (7).

Коммутация обмоток СДПМт

В соответствии с формулой (7) момент СДПМт пропорционален сумме произведений фазных токов на функции формы соответствующих ЭДС.

Максимальное значение ЭДС обмотки соответствует плоским участкам трапеции ЭДС. Если бы нам удалось на этих участках угловой траектории сформировать в обмотках токи некоторой постоянной амплитуды, например, совпадающие по знаку со знаком ЭДС, то это позволило бы сформировать при этих токах максимальный постоянный положительный момент.

Для примера рассмотрим на Рис.3 участок угловой траектории от π/6 до π/2. На этом участке ЭДС в фазе А имеет максимально отрицательное значение, а в фазе В максимально положительное. Следовательно, для получения положительного момента на этом участке угловой траектории надо обеспечить в фазе А отрицательное, а в фазе В положительное значение тока. Для этого фазу А можно подключить на отрицательный, а фазу В на положительный полюса внешнего источника постоянного напряжения (U_dc). При этом фаза С не используется (отключена от источника U_dc).

Величина тока, протекающего через обмотки, будет в свою очередь определяться прикладываемым к обмоткам напряжением, величиной ЭДС и параметрами обмоток.

Если рассуждать таким образом, то можно составить таблицу коммутаций обмоток, обеспечивающих в зависимости от положения ротора момент нужного знака (Табл. 1).

Таблица1. Закон коммутации

Обмотки трёхфазного двигателя можно коммутировать на внешний источник напряжения с помощью трехфазного мостового инвертора. Для этого состояние инвертора надо поставить в зависимость от положения ротора. Обычно это делается с помощью датчика положения ротора (ДПР). Этот датчик имеет три канала. Каждый канал выдает за один оборот двигателя импульс, соответствующий половине периода вращения, при этом импульсы в каналах сдвинуты на 120°.

Логическая обработка сигналов ДПР позволяет определить - в каком из шести секторов в данный момент находится ротор.

Работа ДПР поясняется Табл. 2.

Таблица 2. Работа ДПР (определение сектора)

Возможная структура системы управления моментом СДПМт

Алгоритм, описанный в Табл.1, предполагает протекание одного и того же тока в двух фазах двигателя при единичном значении функции формы ЭДС в обмотках фаз. Поэтому выражение (7) можно переписать в виде (8).

Где: - значение тока в фазах.

То есть значение момента пропорционально величине тока в обмотках двигателя.

Вытекающая из формулы (8) структура системы управления моментом в приводе с СДПМт изображена на Рис.4.

Рисунок 4. Система управления моментом БДПТ

Данная структура позволяет получить нужный момент, формируя в обмотках двигателя ток необходимой амплитуды, при сохранении алгоритма коммутации (Табл.1).

Эта задача решается с помощью создания на базе трёхфазного мостового инвертора контура тока с ШИМ.

Регулятор тока (ПИ-рег.) формирует сигнал задания напряжения обмоток (U), которое затем реализуется инвертором с ШИМ в соответствии с алгоритмом коммутации (Табл.1).

В качестве сигнала обратной связи в контуре можно использовать трёхфазно-выпрямленные сигналы датчиков тока фаз или сигнал датчика тока в звене постоянного тока инвертора ().

На основе рассмотренного канала управления моментом можно строить внешние контуры управления скоростью и положением.

Однако

Если бы токи в обмотках спадали до нуля и нарастали до нужного уровня мгновенно, то момент двигателя, определяемый их величиной, в установившемся режиме был бы постоянным. В действительности же реальные переходные процессы при коммутации обмоток приводят к пульсациям момента. В зависимости от параметров обмоток, а также соотношения величин текущей ЭДС и напряжения звена постоянного тока эти пульсации могут быть различны по длительности, амплитуде и знаку.

Кроме этих коммутационных пульсаций в рассматриваемой системе также будут иметь место пульсации момента на частоте ШИМ.

Часть модели, а именно - модель цифровой системы управления скоростью приведена ниже, на Рис.5. Регулятор скорости системы (Рег.W) выдает сигнал момента, который отрабатывается структурой, построенной в соответствии с Рис.4.

Рисунок 5. Модель цифровой системы управления

Для управления был выбран двигатель со следующими параметрами:

Rs = 2.875 Ом - сопротивление обмотки фазы;

Ls = 8.5e-3 Гн – индуктивность фазы;

F = 0.175 Вб – потокосцепление ротора;

Zp = 4 - число пар полюсов;

Jr = 0.06 кг·м 2 - момент инерции ротора.

Напряжение в звене постоянного тока привода было принято равным 100В.

В контуре тока электропривода использовалась ШИМ с частотой 5кГц.

В процессе регулирования происходило ступенчатое увеличение частоты при постоянном моменте сопротивления на валу двигателя (10 Нм).

Графики, полученные в процессе работы модели, приведены на Рис.6.

Рисунок 6. Моделирование работы двигателя

На графике момента видны существенные пульсации.

Отметим, что в основном они связаны именно с переходными процессами при коммутации обмоток и имеют соответственно частоту, ушестеренную по отношению к заданной.

Пульсации, связанные с ШИМ, в данном случае, невелики.

Заметим, что коммутационные пульсации существенно возрастают при увеличении момента, что связано с увеличением тока.

Несколько спасает то, что их влияние на скорость снижает инерция.

А можно ли векторно управлять СДПМт?

Если очень хочется - то можно.
Однако и здесь не без особенностей.
Математика и структура стандартной векторной системы управления исходит из синусоидальности поля в зазоре. При трапецеидальной ЭДС это условие нарушается, правда не очень сильно (трапеция это же почти синус).

Вид модели цифровой системы векторного управления скоростью в среде SimInTech показан на Рис.7.

Рисунок 7. Часть модели векторного управления.

Ниже на Рис.8 показан график работы модели уже рассмотренного ранее СДПМт работающего в рассмотренном ранее режиме, но под управлением векторной системы.

В графике момента мы опять наблюдаем пульсации (хотя по сравнению с предыдущим вариантом они несколько уменьшились).

Причины пульсации при векторном управлении и управлении по ДПР различны, но частота все та же – ушестеренная по отношению к заданной.

Заметим, что вследствие несинусоидальности ЭДС токи в обмотках двигателя так же будут принципиально несинусоидальными (это так, хотя в масштабе рисунка и не слишком заметно).

Рисунок 8. Работа двигателя при векторном управлении

А можно ли с помощью коммутации обмоток по ДПР управлять двигателем с синусоидальной ЭДС?

С точки зрения автора можно – но не нужно.

Наряду с коммутационными пульсациями момента синусоидальность ЭДС (отсутствие плоской вершины трапеции) в данном случае неминуемо вызовет еще и дополнительные пульсации, снижающие качество регулирования даже по сравнению с управляемым по ДПР двигателем СДПМт.

А при векторном управлении двигателем с синусоидальной ЭДС пульсаций момента не будет.

Для подтверждения этого тезиса ниже (Рис.9) приведены графики работы модели двигателя с уже рассмотренными ранее параметрами, но с синусоидальной ЭДС и векторной системой управления скоростью.

Видно, что пульсации момента в этом случае практически отсутствуют. При правильной настройке регуляторов системы они связаны только с ШИМ-преобразованием и для данного случая почти не видны.

Рисунок 8. Работа двигателя с синусоидальной ЭДС

Итоги

Для синхронников с трапецеидальной ЭДС - коммутация по ДПР.

Так же возможно использование и более сложного векторного алгоритма регулирования, что может дать снижение уровня пульсации момента.

Для синхронников с синусоидальной ЭДС лучший вариант это векторное регулирование.

Это сочетание идеально для построения точного электропривода (что собственно и так было понятно).

Шестицилиндровая двухдверка Willys-Knight Great Six 1930 года — один из самых массовых автомобилей, когда-либо использовавших двигатель Найта. Всего с 1914 по 1932 год включительно под маркой Willys-Knight были выпущены сотни тысяч автомобилей нескольких моделей с бесклапанными ДВС на 4, 6 и 8 цилиндров.

В 1903–1905 годах американский изобретатель Чарльз Найт построил и испытал экспериментальный четырёхтактный ДВС, в котором за газораспределение отвечали не клапаны, а концентрическая пара подвижных гильз, вложенных в рабочий цилиндр. Уже внутри этой пары гильз двигался рабочий поршень. Каждая гильза была снабжена крупными окнами с одного края. При смещении гильзы вверх и вниз эти вырезы периодически совпадали с впускным или выпускным окном в боковой стенке цилиндра. В движение гильзы приводили кривошипно-шатунный механизм и газораспределительный эксцентриковый вал, заменивший кулачковый.

На Чикагском автошоу 1906 года Найт и его деловой партнёр Лаймен Кильбурн представили автомобиль Silent Knight с четырёхцилиндровым 40-сильным бесклапанным мотором. В соответствии с названием, главным преимуществом новичка в сравнении с тогдашними самобеглыми колясками был несравненно более низкий уровень шума. Эта машина поначалу не слишком заинтересовала покупателей, но зато незамедлительно вызвала большой интерес в самой индустрии и в последующие годы породила целую волну подражаний по обе стороны Атлантики, волну, спавшую только после Второй мировой войны.

Шестицилиндровый ДВС Willys Knight 1928 года (слева) и его развитие — бесклапанный мотор родстера Willys Knight Great Six 1930 года (шесть цилиндров, объём 4180 см³, мощность 87 л.с.).

Разные вариации двигателей с гильзовым золотниковым распределением начали проектировать и строить не только в США, но и в Европе, в основном — в Великобритании и Франции. Такие моторы компании создавали по лицензии Найта и нередко при его же непосредственном участии (в конце первого десятилетия XX века изобретатель несколько лет проработал в Европе, а потом вернулся на родину).

Гильзовый газораспределительный механизм фирмы Argyll (конструкция Барта и Макколлума). Использовался в автомобилях Argyll в 1912–1914 годах. Позже он был перенят в авиадвигателестроении.

В разные годы моторами с гильзовым газораспределением оснащались легковушки марок Daimler, Willys, Mercedes, Peugeot, Voisin, Panhard-Levassor и ещё нескольких других. При этом идея Найта развивалась, а механизм совершенствовался. Так, в моторах шотландской компании Argyll применялся оригинальный вариант бесклапанного распределения с единственной подвижной гильзой, которая по мере прохождения рабочих тактов одновременно и сдвигалась вверх-вниз, и совершала неполный поворот вокруг продольной оси. Благодаря этому она одна могла отвечать и за впуск и за выпуск.

Во время Второй мировой войны двигатели с гильзовой системой газораспределения совершили экскурс в авиацию. Такие многоцилиндровые моторы (рядные и звездообразные) строили компании Napier (слева), Rolls-Royce и Bristol (справа). Они нашли применение на нескольких винтовых истребителях и бомбардировщиках 1940-х и начала 1950-х годов. Мощности этих ДВС достигали 3500 л.с., и это были самые могучие моторы, построенные по принципу, изобретённому Найтом. Но вскоре они ушли в историю.

Двигатели Найта обладали рядом преимуществ перед четырёхтактными ДВС с традиционными клапанами. У бесклапанных моторов были очень крупные окна для впуска и выпуска, что улучшало газообмен. Такие механизмы не боялись высоких оборотов коленвала, тогда как клапаны в аналогичной ситуации требовали всё более и более сильных пружин, что увеличивало потери на трение в приводе. Вместе все эти особенности позволяли получать на двигателях Найта высокие по тем временам мощности. Кроме того, в начале XX века, в 1920-х и даже в 1930-х годах газораспределительные механизмы Найта были во много раз долговечнее клапанных механизмов.

Французская компания Avions Voisin возникла в 1905 году, а исчезла в пятидесятых. С 1919 года и почти до самого своего конца фирма выпускала автомобили с двигателями Найта, такие как этот кабриолет Voisin C11. На разных моделях Вуазена применялись моторы Найта с четырьмя, шестью цилиндрами и даже 12 в ряд. А на прототипах были опробованы V-образные ДВС с восемью и 12 цилиндрами, а также "звезда" о семи цилиндрах. Лишь к самому концу своей истории (то есть после Второй мировой войны) компания перешла на обычные моторы.

Однако обычные газораспределительные системы быстро совершенствовались, а вот схема Найта так и не смогла избавиться от изначально присущих ей недостатков. Среди них: проблемы с обеспечением герметичности цилиндров, проблемы с приработкой внутренней гильзы и поршневых колец, проблемы с подводом смазки ко всем частям и собственно очень высокий расход масла. Эти слабые места вынудили двигатели Найта уйти с массовой сцены, хотя на протяжении всего XX века отдельные изобретатели продолжали попытки усовершенствовать такую схему. Но дальше выпуска всякой экзотики вроде крохотных моторчиков для авиамоделей дело не пошло.

Читайте также: