Охлаждение промышленных электродвигателей

Включение вентилятора радиатора (карлсона) от кнопки.

После данной доработки у вас в салоне появляется кнопка (можете на ней нарисовать карслона 🙂 ). Летом в пробках Вы нажимаете кнопку и у Вас плавно включается карлсон, который работает пока нажата кнопка на малых оборотах (этой скорости достаточно, что бы температура ОЖ не поднималась выше 90-95 градусов). Но если вдруг она поднимется выше, то включается штатная 2ая максимальная скорость.

Плюсы данной системы:

  1. Температура ОЖ уже более стабильна и не прыгает как раньше
  2. Нет резких скачков напряжения от включения вентилятора.

Для включения карлсона на пониженных оборотах было поставлено дополнительное реле. Поскольку ВСОД и вентилятор отопителя потребляют почти одинаковый ток — 15.2А /14А, то в качестве ограничителя тока использовал резистор отопителя. Защиту по току так же обеспечивает штатный предохранитель F7.

Понадобится:

  1. Реле 4-х контактное
  2. Сопротивление отопителя ВАЗ 2110
  3. Провода
  4. Кнопка (поставил со снежинкой)
  5. Клеммы мама папа (много штук)

Схема простая: параллельно штатному реле вентилятора Рв подключено дополнительное реле Рв2, управляемое вручную кнопкой Sв2. При включении реле Рв2 вентилятор замыкается на массу через сопротивление Rв2, что обеспечивает медленное вращение. Штатная схема работает в прежнем режиме, по сигналу контроллера вентилятор включается на полной скорости.
Охлаждение промышленных электродвигателей

Снимаем клемму с АКБ. Залезаем под торпеду с пассажирской стороны в ногах откручиваем крышку и видим 3 реле. Нам нужно реле вентилятора.

Ищем тонкий розово-черный провод, идущий от главного реле (контакт 85*) и толстый силовой бело-черный провод (контакт 87) и подцепляем наше реле к ним.

* по книжке на разных моделях ВАЗ 10-го семейства розово-черный провод главного реле может приходить как на контакт 86, так и на 85. Ориентируемся по цвету проводов. Черно-пурпурный (черно-красный) тонкий провод, идущий от контроллера, мы не трогаем.

Далее устанавливаем сопротивление отопителя. В магазинах продаются разные сопротивления, желательно в изоляции. (например, для Нивы или десятки), которые, судя по всему, можно без всяких последствий размещать тут же – в салоне под торпедой, рядом с реле. Именно такие я и советую приобретать, если не хотите испытать дополнительные трудности при установке.

Советую взять сопротивление отопителя 2110
Охлаждение промышленных электродвигателейВозвращаемся к блоку реле:
Контакт 1 сопротивления — к контакту 30
Контакт 3 — на массу автомобиля
Кнопку – к контакту 86 нашего реле.
Второй контакт кнопки — на «массу».
Устанавливаем штатные реле на место. Наше дополнительное реле привинчиваем за ухо к кронштейну контроллера.
Охлаждение промышленных электродвигателей

Сопротивление можно закрепить там же рядом с релюхами, греется оно не сильно, но чтобы сопротивление не соприкасалось с проводкой нужно обязательно поместить его в металлический корпус.

Надеваем клемму АКБ и включаем зажигание.

Проверяем работоспособность схемы.

Почему гасящий резистор греется ?Потому что на нём выделяется довольно много мощности. В абсолютных цифрах это выглядит примерно так:Макс ток, который потребляет вентилятор — 15,3А (источник); предположим что это пусковой ток, а рабочий к примеру 10А.

8,57А, т.е. на резисторе будет падать 1,97 В. Соответственно 8,57А умножаем на 1,97В — получаем 16,88 Вт, что немало. А если потребляемый вентилятором ток в установившемся режиме больше десяти ампер, то и мощность, выделяемая на добавочном резисторе соответственно будет большей.

Воздушное естественное и принудительное охлаждение

Способы охлаждения полупроводниковых приборов

Отведение от полупроводниковых приборов греющей мощности, достигающей сотен ватт и даже нескольких киловатт, осуществляется системой охлаждения, в которую входят охладитель и охлаждающая среда. В качестве охлаждающей среды используется воздух, масло или вода. Основные физические константы, ха­рактеризующие теплотехнические свойства охлаждающих сред, приведены в табл. 9.1. Сравнительная теплопередача системы, в кото­рой используется в качестве охлаждающей среды воздух, масло, вода, характеризуется соотношением 1:10:100, т. е. наилучший отвод теплоты достигается при передаче от металла охладителя к охлаждающей воде.

Таблица 9.1

Основные физические константы, ха­рактеризующие теплотехнические

свойства охлаждающих сред

Физические константы Воздух Масло Вода
Коэффициент теплопроводности, Вт/(мК) 0,028 0.12 0,624
Удельная теплоемкость, Дж/(кг·К)
Плотность, кг/м 1,09
Кинематическая вязкость, м2 18·10-6 9,3·10-4 0,55·10-6
Коэффициент теплопередачи «ме­талл-охлаждающая среда», Вт/(м2·К) 35 при
v = 6 м/с

Передача тепла (в газах, жидкостях и твердых телах) происходит от молекулы к молекуле. При конвекции передача тепла происходит в результате взаимодействия масс материальных частиц. Различают свободную и принудительную конвекцию. В принудительной конвекции охлаждающая среда перемещается посредствам вентилятора или насоса. При тепловом излучении тепло передается благодаря распространению электромагнитных волн в области инфракрасного спектра. Излучение является видом передачи тепла, которая может осуществляться, в том числе и вакууме.

В зависимости от вида охлаждающей среды системы охлаждения принято разделять на воздушные, жидкостные и испарительные.

Способы охлаждения полупроводниковых приборов разнообразны и могут основываться на их прямом (непосредственном) взаимодействии с внешней охлаждающей средой или на применении промежуточного контура с теплоносителем. В зависимости от реализации движения охлаждающей среды относительно охладителя различают естественное и принудительное охлаждение.

Естественное охлаждение достигается благодаря конвекции и излучению при свободном движении воздушного потока вдоль поверхностей охладителя и самого прибора.

В воздушной системе охлаждения для таблеточных СПП большой мощности (рис. 9.1) таблеточный СПП 2 крепится между двумя охладителями 1 и 3 с помощью двух болтов 4. Болты изолированы друг от друга втулками 5. Требуемое усилие сжатия обеспечивается траверзой 6 из закаленной стали. Для обеспечения равномерного давления на контактные поверхности таблетки усилие сжатия от траверзы передается через промежуточный полусферический элемент (на рис. 9.1 не показан). Охладители с продольными ребрами 7 представляют собой элементы с сильно развитой поверхностью из стандартных алюминиевых профилей разнообразного сечения. В комплексе с охладителем имеются токопроводящие шины 8 и детали крепления. В табл. 9.2 приведены технические данные типовых охладителей для воздушного охлаждения таблеточных СПП.

Охлаждение промышленных электродвигателей

Рис. 9.1. Охладитель О243-150

Таблица 9.2

Технические данные типовых охладителей для воздушного

охлаждения таблеточных СПП

Параметр О243-150 О135-

О343-

О353-

О123-

О143-

О273-

О173-

Тепловое сопротивление Rthha, ºС/Вт, при охлаждении:                
естественном 0,28
(220)
0,27
(220)
0,34
(220)
0,7
(120)
0,5
(120)
0,13
(460)
0,15
(460)
принудительном
(v = 6 м/с)
0,08 0,075 0,097 0,095 0,21 0,12 0,043 0,045
Наибольший диаметр трубки СПП, мм
Основное усилие сжатия, кН
Масса, кг 5.8 6,0 5,3 5,7 2,0 3,0 20,0 17,0
Размеры, мм:                
B
L
H1
H2

Буквенно-цифровое обозначение воздушных охладителей содержит: букву О, трехзначную цифру для обозначения конструктивного исполнения (для приборов штыревого исполнения последняя цифра 1, для приборов таблеточного исполнения – 3); трехзначную цифру соответствующую длине L охладителя в мм; климатическое исполнение и категорию размещения. Например, полное обозначение охлади­теля О131-60У2 означает охладитель для прибора штыревого исполнения длиной 60 мм, исполнение для умеренного климата, категория размещения 2.

Охладитель воздушного охлаждения при размерах примерно 150 x 150 x 150 мм обеспечивает при естественном охлаждении рассеи­вание мощности 2201Вт. Применение принудительного охлаждения позволяет с помощью этих же охладителей рассеивать мощность большую в 3-4 раза.

Принудительное охлаждение может быть воздушным и жидкостным, чаще всего водяным. Водяное охлаждение позволяет рассеивать большие мощности, чем воздушное охлаждение.

Упрощенная конструкция водяного охладителя (рис. 9.2) содержит основание 1 с двумя штуцерами, корпус 2 с внутренней полостью в виде сложного лабиринта для повышения теплопередачи и резьбовое отверстие 3 для крепления прибора 4. Для подвода и отвода охлаждающей воды на штуцеры крепятся шланги 5. При двустороннем водяном охлаждении таблеточных приборов водяные охладители позволяют рассеивать мощности до 3 кВт и более. В качестве водопроводящих труб могут использоваться шины, на которых крепятся СПП.

Охлаждение промышленных электродвигателей

Рис. 9.2. Охладитель для полупроводникового прибора штыревого

исполнения с водяным охлаждением

§

Такие системы охлаждения состоят из двух контуров: внутреннего замкнутого, в котором используется своя охладительная среда – теплоноситель, и наружного разомкнутого, который обеспечивает охлаждение промежуточного теплоносителя. Принцип их действия заключается в том, что теплота от СПП передается жидкости, которая испаряется, ее пары по трубкам внутреннего контура поступают в конденсатор и конденсируются, затем конденсат вновь поступает к охладителю СПП. Конденсатор включается во внешний разомкнутый контур, например, воздушного или жидкостного охлаждения.

Сейчас читают:  Предохранители и реле ВАЗ 2110, 2111, 2112 | Base-ex

В испарительной системе погружного типа (рис. 9.3, а) СПП 1, закрепленный в охладителях 2, помещаются в охлаждающую жидкость 3, которая заливается в закрытый бак 4. При нагревании приборов жидкость испаряется, и пар поступает в конденсатор 6, где конденсируется, и жидкость 7 из конденсатора вновь стекает в бак. Конденсатор охлаждается воздухом с помощью вентилятора 8. В качестве промежуточного теплоносителя используется легкокипящая жидкость, точка кипения которой 47 ºС. При этом в баке создается разрежение, что приводит к снижению точки кипения жидкости.

Может применяться также разнесенная испарительная система (рис. 9.3, б), в которой полупроводниковые приборы 1 закрепляются с помощью охладителей 2, заполненных охлаждающей жидкостью. Корпус каждого охладителя посредствам изолирующих патрубков 3 и соединительных труб 4 сообщается с баком 6, заполненным охлаждающей жидкостью 5. Пары жидкости 7 поступают в конденсатор 8, и конденсат 9 вновь стекает в бак 6. Конденсатор охлаждается с помощью вентилятора 10.

Охлаждение промышленных электродвигателей

а б

Рис. 9.3. Испарительные системы охлаждения

Обе рассмотренные системы испарительного охлаждения громоздки и сложны в эксплуатации. В современной преобразовательной технике перспективным является применение испарительной системы охлаждения с охладителями в виде тепловых труб (рис. 9.4), которые совмещают функции собственно охладителя и конденсатора.

Охлаждение промышленных электродвигателей

Рис. 9.4. Схема испарительного охлаждения с тепловой трубой

и график температуры

Таблетка СПП 1 устанавливается на корпусе 2 охладителя, в кото­рый вмонтированы одна или несколько трубок 3. Внутренняя поверх­ность трубок покрыта слоем материала 4 с капиллярными каналами. Трубки герметически запаяны и снабжены ребрами 5, многократно увеличивающими поверхность теплопередачи внешней охлаждающей среды. Внутренняя полость корпуса 2 и трубок 3 заполнена на 20-30 % объема жидкостью (промежуточный теплоноситель). Жидкость испаряется и в виде пара 6 движется вдоль трубок, где пары охлаж­даются и конденсируются. Конденсат 7 по капиллярным каналам возвращается в зону нагревания. С помощью вентилятора 8 воздух внешней среды направляется в межреберное пространство охладителя и выводит теплоту во внешнее пространство. В охладителе имеются (рис. 9.4) зоны парообразования 1, передачи теплоты 2, конденса­ции 3. В зоне 1 происходит интенсивное поглощение теплоты, а в зоне 3 – выделение теплоты. В отличие от простого охладителя, у кото­рого теплосток со всех точек поверхности крайне неравномерный, в тепловой трубе достигается высокая интенсивность использования охлаждающей поверхности, благодаря чему можно рассеивать мощ­ности до нескольких киловатт. При этом размеры и масса трубчатых охладителей меньше, чем у обычных воздушных охладителей. Тепло­вые трубы для СПП на токи 320-2000 А имеют длину L = 600-650 мм, ширину В = 100-120 мм, высоту H = 60 мм.

§

Ниже приведены обобщенные значения тепловых сопротивлений воздушной, водяной и испари­тельной систем охлаждения для СПП штыревого и таблеточного исполнения.

Исполнение………………………………………. Штыревое Таблеточное
Предельный ток, А………………………………. 30-400 200-800
Тепловое сопротивление, ºС/Вт:    
Rthjc ………………………………………… 0,8-0,08 0,1-0,04
Rthha при охлаждении:    
воздушном:    
естественном…………………… 1,2-0,5 0,5-0,25
принудительном…………………. 0,4-0,15 0,2-0,08
водяном………………………………. 0,08-0,06 0,04-0,02
испарительном………………………. 0,03

Испарительное охлаждение с тепловыми трубами позволяет полу­чить результаты по интенсивности теплоотвода, сопоставимые с во­дяным охлаждением. При этом упрощается конструкция и снижаются затраты на эксплуатацию преобразователей. Сравнение по удельным габаритным показателям показывает, что для мощных СПП на токи 500-2000 А требуется объем на один прибор при обычных охладите­лях примерно 15 дм3, а для тепловых труб – 5 дм3. Поэтому наиболее эффективно применение мощных СПП с испарительной системой ох­лаждения.

Библиографический список

1. Бурков А.Т. Электроника: физические основы, полупроводниковые приборы и устройства: Учебное пособие / А. Т. Бурков. СПб.: Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 1999. 290 с.

2. Бурков А. Т. Электронная техника и преобразователи: Учебник для вузов ж.-д. трансп. / А. Т. Бурков. М.: Транспорт, 1999. 464 с.

3. Лачин В. И. Электроника: Учебное пособие / В. И. Лачин, Н. С. Савелов. Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 2005 (2004). 704 (576) с.

4. Миловзоров О. В. Электроника: Учебник для вузов / О. В. Миловзоров, И. Г. Панков. 2-е изд., перераб. М.: Высшая школа, 2005. 288 с.

5. Воронин П. А. Силовые полупроводниковые ключи: семейства, характеристики, применение / П. А. Воронин. М.: Изд. дом «Додэка-ХХI», 2001. 384 с.

6. Прянишников В. А. Электроника: Полный курс лекций / В. А. Прянишников. СПб: «КОРОНА принт», 2004. 416 с.

7. Жеребцов И. П. Основы электроники / И. П. Жеребцов. Л.: Энергоатомиздат, 1985. 352 с.

8. Засорин С. Н. Электронная и преобразовательная техника: Учебник для вузов ж.-д. трансп. / С. Н. Засорин, В. А. Мицкевич, К. Г. Кучма. М.: Транспорт, 1981. 319 с.

9. Вайсбурд Ф. И. Электронные приборы и усилители: Учебник для техникумов / Ф. И. Вайсбурд, Г. А. Панаев, Б. Н. Савельев. М.: Радио и связь, 1987. 472 с.

10. Зорохович А. Е. Основы электроники для локомотивных бригад / А. Е. Зорохович, С. С. Крылов. М.: Транспорт, 1983 (1992). 224 с.

11. Основы промышленной электроники: Учебник для вузов / В. Г. Герасимов, О. М. Князьков, А. Е. Краснопольский и др.; Под ред. В. Г. Герасимова. М.: Высшая школа, 1986. 336 с.

12. Чебовский О. Г. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник / О. Г. Чебовский, Л. Г. Моисеев, Р. П. Недошивин. М.: Энергоатомиздат, 1985. 400 с.

13. Бервинов В. И. Электроника и микропроцессорная техника на подвижном составе / В. И. Бервинов. М.: Транспорт, 1997. 216 с.

14. Диоды: Справочник / О. П. Григорьев, В. Я. Замятин, Б. В. Кондратьев и др. М.: Радио и связь, 1990. 336 с.

15. Тиристоры: Справочник / О. П. Григорьев, В. Я. Замятин, Б. В. Кондратьев и др. М.: Радио и связь, 1990. 336 с.

16. Хазен М. М. Исследование теплового сопротивления охладителей на базе тепловых труб для силовых полупроводниковых приборов / М. М. Хазен, Н. П. Красова // Развитие систем тягового электроснабжения: Сб. науч. тр. / ВНИИЖТ. М., 1991. С. 91 – 99.

17. Литовченко В. В. Современные силовые управляемые полупроводниковые приборы / В. В. Литовченко, О. Б. Баранцев, А. Е. Чекмарев // Локомотив. 1998. № 10. С. 24 – 28.

Как обеспечивается охлаждение электродвигателя

Современная конструкция асинхронных электродвигателей технически выверена, технологична и эстетически прекрасна. Пассивное охлаждение осуществляется за счёт отвода тепла в атмосферу через корпус. Не случайно корпус двигателя имеет продольные ребра и фактически выполняет роль радиатора.

Таким образом, электродвигатель во время работы сам себя охлаждает, что очень удобно и в большинстве случаев при номинальных режимах работы достаточно, иногда такую систему вентиляции называют самоохлаждением или зависимой.

Мы ведь с вами понимаем, что тема данной статьи родилась неслучайно

Простота конструкции самоохлаждения двигателя иногда играет с нами злую шутку и не позволяет использовать оборудование в желаемых нами режимах работы, в таких случаях на помощь приходит независимая вентиляция электродвигателя.

В каких случаях может потребоваться независимая вентиляция:

  • Продолжительный режим работы*, характеризуется работой электродвигателя при неизменной нагрузке длительное время, за которое все части машины достигают установившейся (неизменной) температуры. В том случае если температура окружающей среды близка к верхней границе по паспорту устройства, то высока вероятность перегрева электродвигателя. Иными словами, нарушен теплообмен частей электродвигателя и окружающего воздуха.
  • Режим работы с частыми пусками и остановами* – это последовательность рабочих циклов, длительность циклов такова, что электродвигатель не успевает достигнуть максимальной температуры, но при останове не охлаждается до температуры окружающей среды. Вероятность перегрева так же высока, как и в предыдущем случае.
  • Частотно регулируемый режим работы с понижением частоты вращения. Понижение частоты (читай – скорости вращения вала) с глубиной перестройки более 10% несет опасность перегрева двигателя в следствии уменьшения потока воздуха с крыльчатки, расположенной на валу электродвигателя.
  • Частотно регулируемый режим работы с повышением частоты вращения. Следуя логике из прошлого пункта, повышение частоты вращения вала должно снять риски перегрева оболочки электродвигателя, и это действительно так.

    Проблема в данном случае кроется в том, что крыльчатка вентилятора не рассчитана на работу при скорости отличной от номинальной, и если при понижении скорости вращения опасность кроется в снижении воздушного потока, то при незначительном повышении скорости вала вентилятор может создавать дополнительное аэродинамическое сопротивление, вызывая вибрацию и повышенную нагрузку на подшипники.

  • Установка на вал электродвигателя энкодера и/или тормоза возможна только на нерабочую часть вала, как раз на место штатного вентилятора.
Сейчас читают:  Renault - полный каталог моделей, характеристики, отзывы на все автомобили Renault (Рено)

*Подробнее о режимах работы электродвигателей S1-S10 можно узнать в  ГОСТ Р 52776-2007 (МЭК 60034-1-2004) Машины электрические вращающиеся.

В качестве комментария сделаем небольшую оговорку, что перегрев электродвигателя может быть вызван иными причинами: перегрузками, повышенным моментом на валу, перекос фаз питающего напряжения, повышенный или пониженный уровень питающего напряжения, выход из строя подшипников.

Мой мотоцикл

Данную статью можно отнести к любому мотоциклу с воздушным охлаждением. Все мы не понаслышке знаем, что двигатель мотоциклов Урал довольно сильно греется. После написания нескольких статей про двигатели 8.104 (ИМЗшная водянка) и двигатель 8.123 (825сс), и я решил рассмотреть данный вопрос подробнее на примере других производителей авто и мототехники.

Все наши двигатели работают по одному и тому же простейшему принципу, не важно — старенький М72 у вас или мощный топовый эрадин: мы сжигаем в определенном объеме топливо, а подвижная часть — поршень, соединенный через шатун с коленчатым валом, совершает механическую работу.

Разумеется, что при сгорании топлива будет выделяться тепло. И сильнее всего будут греться поршни, камера сгорания с клапанами и втулками, находящаяся в головке и сам цилиндр. Нагрев выше определенных величин грозит серьезными последствиями: задиры, клин, коробление деталей цпг.

Это наиболее неприятные последствия. А частая работа мотора в таких условиях сулит ему очень недолгий срок жизни. Учитывая то, что принцип работы и основные части любого поршневого двигателя одинаковы, я рассмотрю ниже некоторые конструкции мотоциклетных и автомобильных двигателей воздушного, воздушномасляного и водяного охлаждения.

Двигатель Урал 650 и 750сс. Принципиальная конструкция абсолютно одинаковая, различаются лишь некоторыми конструктивными изменениями. Очень не любят долгой езды на большой скорости, особенно моторы 650. С моторами 750 немного проще: качественные поршневые кольца, кованые поршни и цилиндры из алюминия с залитой чугунной гильзой значительно лучше отводят тепло, поэтому продолжительная езда на скоростях до 130 безопасна для мотора.

Теперь о конструкции головок и цилиндров различных мотоциклов. Воздушномасляные моторы мотоциклов BMW серий R11х0 и отчасти 1200 имеют очень скудное оребрение головок и цилиндров. А оребрение последних вообще чисто символическое.

И это несмотря на высокие степени сжатия, мощность и крутящий момент. Инженеры сочли нужным отводить тепло от наиболее нагретых частей головок цилиндров: полость у выхлопного коллектора и полость под клапанной крышкой, а остальное отдать на откуп воздуху.

Так же заметим, что проведенные через цилиндры смазочные каналы для рокеров являются дополнительным охлаждающим элементом. Поршни принудительного охлаждения не имеют. Тепловой зазор между цилиндром и поршнем составляет 0,12 мм. Масляная система имеет два контура и двухсекционный масляный насос (каждая секция работает на свой контур).

Первый контур работает на смазку трущихся частей, второй контур работает на охлаждение. Система снабжена масляным термостатом и масляным радиатором, предназначенные для поддержания равномерной температуры масла. В итоге получился неубиваемый мотор, который хрен перегреешь: ни адовые отжиги, ни нагрузка, ни температура окружающего воздуха, все ему нипочем.

Японцы пошли по совершенно другому пути. Они решили обильно орошать все внутренности маслом, как на авиационных моторах времен Второй Мировой Войны.

Обратим внимание на оребрение: равномерное, небольшое, у цилиндров оно сходит на нет. При этом задняя часть рядной четверки явно будет в недостатке охлаждения, скажет диванный скептик. В двигателе применено принудительное охлаждение специальными масляными форсунками наиболее нагретой детали двигателя — поршня.

Так же, как и у BMW, двигатели оснащены двухсекционным масляным насосом и масляная система так же имеет два контура. Итог: неубиваемый мотор с толстенными гильзами, на котором можно ехать как хочешь и эксплуатировать так, как душе угодно. Ресурс — отнюдь не в пример даже новым Уралам.

Вернемся к BMW. Модель R1200GS 2022 года. Хитрые и умные инженеры концерна не стали делать полностью водяной мотор, как того многие ожидали, а решили опять же отводить тепло от наиболее нагретых мест: камера сгорания, верхняя часть цилиндров. Остальное охлаждается набегающим потоком воздуха и маслом.

Аналогичная система применяется на болидах формулы-1, где каждый грамм на счету. Писать, что получилось в итоге, думаю будет лишним.

Оппозитный мотор автомобилей Subaru серий EJ выпуска 80х-90х годов.

Применено принудительное охлаждение днищ поршней. На этих же двигателях позднее от масляных форсунок решили избавиться — нафига сейчас ресурс? При этом эти моторы спокойно бегают по 600 тысяч км и совершенно не думают умирать, а бегают они очень и очень бодро. Шланс, привет!))

На этот мотор я обратил внимание не просто так. Возникли вопросы: а не будет ли масло в цилиндры затекать, и не начнет ли мотор его жрать как пьяный динозавр… Инженеры Subaru эти сомнения развеяли.

Ну и напоследок, мотор Honda CBX1100. 6 цилиндровый рядник воздушного охлаждения, явно не изобилующий оребрением. Кстати прет как надо и практически не греется.

А теперь с чем мы вышеописанные конструкции сравниваем. Мотор Урал 750сс и его производные форсированные собратья.

В стандарте 750ка (825сс) — низкофорсированный маломощный и низкооборотистый (по меркам всяких эрадинов) оппозитный мотор воздушного охлаждения с очень развитым и большим по площади оребрением — не в пример собратьям из европы и страны восходящего солнца.

Итоги.

Правильно настроенная 750ка не любит стоять подолгу на одном месте в запущенном состоянии — изза отсутствия набегающего потока воздуха мотор быстро нагревается. Очень любит езду на скоростях около 100 км/ч, до 130 км/ч можно ехать довольно продолжительно.

Причем после остановки до цилиндров можно дотронуться рукой и держаться, а слюна на ребрах головок будет лениво шипеть. Продолжительная езда на больших скоростях не производилась. Мотор 825сс греется чуть больше 750ки (восприятие субъективное). При превышении скорости в 130 км/ч начинаются интересные вещи.

Непродолжительная езда до 160 км/ч безопасна, а при продолжительной изза хорошего охлаждения головок и цилиндров и очень высокой температуры днища поршня начинают появляться задиры и прихваты. До клина дела не доходит, поскольку мотор сразу дает понять, что его перегрели резким падением мощности и скорости.

Оба мотора очень не любят низкую скорость и высокую нагрузку. К чему я это пишу? Если вы не рукожоп, ездите тихо и мирно, в мотор в доработке не нуждается — и так все отлично работает. Совсем другое дело, если вы любитель открутить ручку… Тут мы сталкиваемся с проблемой отвода тепла от термонагруженных частей двигателя.

В первую очередь — это днище поршня. Во вторую — головка цилиндра. Это означает, про придется организовать отвод тепла наиболее доступным и простым способом от сильно нагретых частей двигателя и температурная стабилизация масла. Конкретно я на своем моторе планирую применить масляные форсунки. Рассмотрим две схемы. Крепление форсунки снизу.

Плюсы: близко расположенный питающий масляный канал, система не изменяет внешний вид двигателя. Минусы: большая длина форсунки. На определенных оборотах это может сыграть злую шутку — войдя в резонанс попросту отвалиться и наделать в моторе бед. Так же с такой системой масло, вырывающееся из сопла, будет поливать только определенный участок днища поршня (черной стрелкой показан путь масла), а значит оно там будет находиться недолго и не отведет максимум тепла.

Плюсы: масло проделает максимальный путь по поршню и снимет максимум тепла , а затем под действием гравитации стечет в поддон. Маленькие габариты самой форсунки. Минусы — сложный подвод охлаждающего масла. В итоге я решил выбрать второй вариант. У меня высокофорсированный двигатель с высокой степенью сжатия, а установка наддува проблему отвода лишнего тепла делает очень актуальной.

Сейчас читают:  Убеждаемся в компромиссности кроссовера Renault Arkana TCe 150 — ДРАЙВ

Так же не лишним будет снимать тепло с полости под клапанной крышкой, как это сделано на некоторых вышеописанных конструкциях. Но то отдельная, очень большая тема для размышлений, на данный момент прорабатывается. Всем успехов.

Плавный пуск вентилятора охлаждающей жидкости. фотоотчет.

Штатный режим работы вентилятора имеет две особенности:

  1. Производительность вентилятора избыточна. Температура радиатора быстро снижается, что приводит к частым «старт-стоп» электродвигателя вентилятора.
  2. Температура срабатывания датчика ОЖ слишком высока. Стрелка индикатора приближается к красной зоне, двигатель работает неустойчиво, может «закипеть».

Для нормальной, правильной работы системы охлаждения лучше было бы снизить скорость вентилятора и запускать электродвигатель плавно, через дополнительное сопротивление и установить датчик ОЖ от «классики» с более низкой температурой срабатывания.

Тепловой режим работы двигателя поддерживается термостатом и электровентилятором радиатора. Последний включается датчиком, ввернутым в левый бачок радиатора (на карбюраторном двигателе ВАЗ 2110) или через реле по сигналу ЭБУ (на инжекторных двигателях ВАЗ 2111, -2112).

Если старый радиатор не подлежит больше ремонту и Вы его решили заменить, тогда хорошая возможность выбрать и купить новый. Например, радиатор Лузар приспособлен, как для инжекторных, так и для карбюраторных моторов (есть возможность установить датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ) от карбюратора).

Если установить дополнительный датчик охлаждающей жидкости (ДТОЖ) в радиатор/патрубок, тогда получится так: При достижении температуры охлаждающей жидкости до уровня датчика, вентилятор включается в пол силы. А если температура будет расти и поднимется до уровня срабатывания по ЭБУ, то он начнет работать в полную силу.

Двухрежимный вентилятор имеет ряд преимуществ:

  1. Более «мягкий» температурный режим двигателя без сильных колебаний температуры;
  2. Снижение нагрузки на систему стартовыми токами электродвигателя путем уменьшения их количества и величины;
  3. Снижение шума.

Схема и фото установленного устройства:
Охлаждение промышленных электродвигателей
Охлаждение промышленных электродвигателей

Тепловая модель охлаждающей системы

Поведение теплоотвода в системе охлаждения описывается следующим выражением:

Данная формула позволяет определить тепловое сопротивление, являющееся важнейшей характеристикой радиатора:

где Q — количество рассеянного тепла; α — коэффициент теплопередачи; А — эффективная площадь поверхности.

Температура Ts, необходимая для расчета градиента ΔT(s-a), измеряется в определенной точке теплостока (как правило, в центре), и величина Rth(s-a) всегда относится к конкретному положению сенсора.

Использование другого положения термодатчика даст, соответственно, отличное от этого значение теплового сопротивления, подробно этот вопрос рассмотрен в [2]. Во многих случаях для упрощения анализа предполагается, что температура равномерно распределена по телу радиатора и сопротивление Rth(s-a) одинаково для всех источников, расположенных на одном теплостоке.

Как видно из приведенного выше выражения, величина Rth снижается с ростом активной площади радиатора А, определяемой линейными размерами и количеством ребер. Отметим, что увеличение площади за счет оребрения не должно препятствовать свободной циркуляции воздуха, снижать скорость потока и коэффициент теплопередачи α.

Сказанное поясняет разницу конструкций радиаторов, предназначенных для режимов естественного и принудительного охлаждения. При росте мощности рассеяния улучшаются условия проникновения тепла, а его равномерное распределение и увеличение площади излучения Aeff делают работу радиатора более эффективной, что эквивалентно снижению Rth(s-a).

Поведение радиатора может быть описано с помощью эквивалентной RC-цепи, где R — тепловое сопротивление Rth(s-a) или Zth(s-a), а С — теплоемкость. Однако при кратковременных всплесках рассеиваемой мощности характеристика Zth(s-a) распадается на несколько временных составляющих (например, рис. 6).

Суммарное значение импеданса Zth(j-a) может быть определено путем добавления соответствующих тепловых характеристик силового модуля с учетом путей распределения температуры. Кривая Zth представляется в виде суммы n экспоненциальных функций:

Количество слагаемых ν и величины Rthv и τν выбираются таким образом, чтобы обеспечить достоверную аппроксимацию характеристики динамического теплового импеданса при разумных вычислительных ресурсах. Базой для определения значений Rth и τth служит кривая Zth, получаемая экспериментальным путем.

Математические программы и табличные средства вычислений (Excel) способны решать системы уравнений с несколькими неизвестными путем задания нулевого значения суммы квадратов ошибки для большого количества точек интерполяции, как показано в следующем выражении:

Для исключения абсурдных решений задается условие, что Rth и τth всегда больше 0. Количество пар значений Rth/τth можно увеличивать до тех пор, пока не будет достигнута требуемая точность (в большинстве случаев трех-пяти итераций бывает достаточно).

Факторы, определяющие тепловое сопротивление

Величина теплового сопротивления зависит от числа расположенных на радиаторе модулей, при этом справочное значение Rth(s-a), как правило, относится к случаю равномерного распределения температуры по монтажной поверхности. Увеличение количества источников тепла приближает реальную ситуацию к этому идеальному варианту, обеспечивающему минимально возможную величину сопротивления.

Процесс его измерения достаточно сложен и требует больших временных затрат, однако справочные данные зачастую недостаточно точны для конкретных применений. Хорошим решением является моделирование с помощью метода конечных элементов (FEM), который в данном случае особенно эффективен. На рис.

Для второго варианта (три модуля):

При установке только одного силового ключа тепловое сопротивление при аналогичных условиях увеличивается примерно на 65%:

SEMIKRON в своей документации определяет значение Rth в зависимости от количества модулей и длины профиля (рис. 2). При различном положении модулей на радиаторе тепловое сопротивление также может меняться, анализ таких ситуаций рекомендуется производить с помощью программ теплового моделирования.

Распределение тепла по телу радиатора достигается за счет хорошей теплопроводности его материала, снижения толщины профиля или с помощью встроенных тепловых труб. Равномерное размещение силовых модулей по монтажной поверхности также способствует улучшению этого показателя, причем зачастую приходится находить компромисс между компактным дизайном и приемлемыми тепловыми характеристиками конструкции.

Пример моделирования на рис. 3 показывает, что сопротивление Rth(s-a) снижается на 11% при увеличении расстояния между модулями с 0 до 18 мм. Как и в предыдущем случае, мощность рассеяния на каждый ключ составляет 600 Вт, температура окружающей среды Ta =  40 °C.

С точки зрения оптимизации тепловых параметров при воздушном охлаждении желательно устанавливать компоненты с интервалом до 3 см (→ Rth(s-a) = 0,266 или –17%), однако при этом требуется и радиатор большего размера. В жидкостных системах этот эффект проявляется в гораздо меньшей степени за счет более эффективного охлаждения.

Кроме вышеперечисленных факторов, величина Rth(s-a) зависит от положения источника тепла относительно направления движения охлаждающего воздуха, а также его скорости. Сказанное поясняет рис. 4, где показано, как изменяется сопротивление радиатора при различной ориентации расположенного на нем силового модуля.

Измеренная величина Rth(s-a) в значительной степени зависит от положения термодатчика, этот вопрос подробно рассмотрен в [2]. Как видно на рис. 3, перепад температуры по поверхности радиатора составляет 30 °С. В принципе, нагрев теплостока Ts может измеряться в тех же точках, которые используются для нормирования параметров силовых модулей:

Rth(c-s) (сопротивление «корпус–радиатор») или Rth(j-c) (сопротивление «кристалл–корпус»). В противном случае тепловая цепь между кристаллом и окружающей средой оказывается разорванной. К сожалению, производители элементной базы не имеют единого мнения относительно положения контрольных точек.

Более того, они могут отличаться и для модулей разной конструкции, производимых одной компанией, что имеет четкое техническое обоснование. Чаще всего место измерения температуры радиатора Ts выбирается на его поверхности рядом с корпусом силового ключа или в отверстии под кристаллом в 2 мм от поверхности теплостока (рис. 5).

Для всех модулей стандартной конструкции с базовой платой SEMIKRON определяет величину Rth(c-s) в точке, находящейся рядом с корпусом, на расстоянии от его угла, равном 1/3 длины базы. Температура радиатора в зоне Ts1 гораздо меньше, чем в отверстии под кристаллом (Ts2), поэтому градиент ΔT(c-s) получается высоким, а ΔT(s-a) — низким.

Результатом является большее значение теплового сопротивления Rth(c-s)1 и, соответственно, меньшее Rth(s-a)1 — по сравнению со вторым методом, использующим величину Ts2 и дающим в итоге Rth(c-s)

2 и Rth(s-a)2. Чем лучше радиатор рассеивает тепло, тем больше разница, независимо от режима охлаждения. В первом приближении можно считать, что Rth(с-s)1 ≈ 2Rth(с-s)2.

Преимуществом первого метода является простота измерения и доступность точки Ts1, во втором случае требуется специальная обработка радиатора (размещение датчика в отверстии). Его недостаток состоит в зависимости значения Rth(c-s) от распределения тепла в теле радиатора.

Для модулей прижимной конструкции, не имеющих базовой платы, SEMIKRON определяет величину сопротивления «кристалл–радиатор» Rth(j-s) в точке, находящейся в радиаторе непосредственно под чипом.

Закладка Постоянная ссылка.
1 ЗвездаНельзя так писать о ЛоганеЧто-то о новом Логане так себе написаноЛоган - супер машинаРено Логан лучше всех! (Пока оценок нет)
Загрузка...