Процесс регулировки угла опережения зажигания в автомобиле

(рис. 1, Зависимость давления в цилиндре двигателя от угла опережения зажигания: 1 — раннее зажигание; 2 — нормальное зажигание; 3 — позднее зажигание; А — момент воспламенения смеси)

Момент зажигания рабочей смеси (см.рис.1 точка «А») характеризуется углом опережения зажигания, который определяется по углу ф поворота коленчатого вала от момента возникновения электрической искры до положения, при котором поршень находится в верхней мертвой точке (ВМТ). Момент зажигания оказывает большое влияние на мощность и тепловой режим двигателя, удельный расход топлива и токсичность отработавших газов.

Оптимальному углу опережения зажигания на рис.1 соответствует кривая 2 и угол опережения зажигания 27° до верхней мертвой точке. Если угол опережения зажигания больше оптимального, то зажигание раннее, а если меньше — позднее.

При позднем зажигании процесс сгорания смеси происходит по кривой 3, что приводит к перегреву двигателя, так как температура отработавших газов повышается и продолжительность процесса сгорания возрастает.

При раннем зажигании давление в цилиндрах двигателя достигает максимума до верхней мертвой точке и оказывает противодействие на поршень. Раннее зажигание способствует появлению и усилению детонации (см. рис. 1, зубцы на кривой 1).

Закономерность изменения оптимального угла опережения зажигания различна для двигателей разных типов, зависит от многих факторов и определяется экспериментально.

Для сгораний рабочей смеси требуется определенное время (в пределах 2 мс). С повышением частоты вращения коленчатого вала двигателя продолжительность сгорания смеси (по углу поворота коленчатого вала) будет больше, что требует увеличения угла опережения зажигания. Зависимость угла опережения зажигания от частоты вращения не прямо пропорциональна, так как скорость сгорания смеси не остается неизменной. С возрастанием частоты вращения коленчатого вала давление, температура и турбулентность смеси повышаются, что способствует повышению скорости сгорания смеси.

Наибольшая скорость сгорания смеси наблюдается при коэффициенте избытка воздуха, равном 0,85-0,90.

Угол опережения зажигания Θ изменяется в зависимости от частоты вращения двигателя центробежным регулятором. Максимальное значение угла опережения зажигания равно 30-40° по углу поворота коленчатого вала.

(Рис. 2. Центробежный регулятор: 1 — кулачок; 2 — грузик; 3 — ведущий валик; 4 — пластина кулачка; 5 — штифт; 6 — ось грузика; 7 — пружина)

На рис. 2 показано устройство центробежного регулятора опережения зажигания. Работает регулятор следующим образом. На ведущем валике 3 регулятора закреплена пластина 4 с осями 6 грузиков. Грузики 2 связаны между собой пружинами 7. На каждом грузике имеется штифт 5, входящий в прорези пластины 4, закрепленной на втулке кулачка 1. Привод кулачка осуществляется от валика 3 через грузики 2. С увеличением частоты вращения коленчатого вала грузики под действием центробежной силы расходятся. При этом штифты 5, перемещаясь в пазах пластины 4, поворачивают ее и связанный с ней кулачок в направлении вращения ведущего валика, Останавливая необходимый угол опережения зажигания.

Жесткость пружин различна, что обеспечивает требуемую закономерность изменения угла опеежения зажигания при изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Изменение угла опережения зажигания в зависимости от нагрузки двигателя (степени открытия дроссельной заслонки) осуществляется вакуумным регулятором опережения зажигания. Максимальный угол опережения составляет 20-24° по углу пововорота коленчатого вала.

Вакуумный регулятор показан на рис. 3. Полость Б регулятора, в которой размещена пружина 6, соединяется трубкой 5 со смесительной камерой карбюратора, расположенной над дроссельной заслонкой. Полость регулятора А сообщается с атмосферой.

К мембране 7 прикреплена тяга 9. Она связана шарниром с подвижной пластиной 11, на которой установлен прерыватель. При уменьшении нагрузки двигателя дроссельная заслонка прикрывается и разрежение в смесительной камере карбюратора, а следовательно, и в полости Б увеличивается. Под действием разряжения мембрана 7, преодолевая усилие пружины б, перемещается и тяга 9 поворачивает подвижную пластину 11 вместе с прерывателем против направления вращения кулачка. Угол опережения зажигания увеличивается.

Рис. 3. Вакуумный регулятор:
1 — крышка корпуса; 2 — регулировочная прокладка; 3 — уплотнительная прокладка; 4 — штуцер крепления трубки; 5 — трубка; 6 — пружина; 7 — мембрана; 8 — корпус регулятора; 9 — тяга; 10 — ось тяги; 11 — подвижная пластина прерывателя; I и II — положение мембраны регулятора при нагрузке на двигатель соответственно большей и меньшей; А и Б — полости

С увеличением нагрузки двигателя дроссельная заслонка открывается, разрежение в полости Б регулятора уменьшается, и пружина 6 перемещает влево мембрану 7 и связанную с ней тягу 9. Тяга поворачивает подвижную пластину и прерыватель в направлении вращения кулачка, уменьшая таким образом угол опережения зажигания.

Отверстие для подсоединения трубки регулятора расположено таким образом, что на режиме холостого хода двигателя заслонка карбюратора перекрывает отверстие. Разрежение в полости Б регулятора при этом будет небольшим и регулятор не работает.

Допуск на величину угла опережения зажигания обычно принимают в пределах ±2° угла поворота коленчатого вала.

С увеличением угла опережения появляется или усиливается детонация. При применении топлива с меньшим октановым числом угол опережения необходимо уменьшать.

При изменении применяемого сорта топлива необходимо менять угол опережения зажигания. Октановое число топлива характеризует его антидетонационные качества. Чем меньше октановое число, тем топливо более склонно к детонации.

Угол опережения зажигания в зависимости от октанового числа топлива изменяется рычагом октан-корректора (рис. 4а), который поворачивает корпус прерывателя-распределителя в ту или другую сторону. Предварительно следует ослабить болт и регулировочные гайки октан-корректора. Одно деление шкалы 5 октан-корректора соответствует изменению угла опережения зажигания на 2° по углу поворота коленчатого вала. После регулировки нужно затянуть крепящие болт и регулировочные гайки.

Рис. 4. а) Октан-корректор:
1 — рычаг установки зажигания; 2 — болт крепления рычага; 3 — болты крепления октан-корректора; 4 — корпус распределителя; 5 — шкала октан-корректора; 6 — регулировочные гайки; 7 и 8 — соответственно подвижный и неподвижный контакты; I и II — соответственно большой и малый зазор между контактами
Рис. 4. б). Изменение угла опережения зажигания при совместной работе центробежного и вакуумного регуляторов:

1 — характеристика центробежного регулятора; 2 — характеристики вакуумного регулятора при различных значениях нагрузки N двигателя

Таким образом, три рассмотренные устройства для регулировки угла опережения зажигания действуют независимо одно от другого на различные элементы прерывателя-распределителя: центробежный регулятор поворачивает кулачок прерывателя, вакуумный регулятор-прерыватель, а октан-корректор — корпус прерывателя-распределителя.

Реальный угол опережения зажигания складывается из угла начальной установки Θ₀ и углов, устанавливаемых октан-коррек-тором, центробежным (Θ₁) и вакуумным (Θ₂) регуляторами (рис. 4б).

Изменение зазора в контактах прерывателя и износ подушечки рычажка прерывателя приводят к уменьшению или увеличению угла опережения зажигания. Поэтому перед установкой момента зажигания на двигателе, а также при проверке и регулировке центробежного и вакуумного регуляторов необходимо предварительно проверить зазор между контактами прерывателя (щупом) и износ подушечки его рычажка.

Зазор между контактами 7 и 8 прерывателя имеет большое значение для обеспечения надежной работы системы зажигания, так как от величины зазора зависит угол α ₃ замкнутого состояния контактов (см. рис. 4а) или время, в течение которого нарастает сила тока цепи первичной обмотки катушки зажигания.

В процессе эксплуатации необходимо проверять зазор между контактами прерывателя на специальных стендах или с помощью переносных приборов — угол замкнутого состояния контактов.

Углы α ₃ замкнутого состояния контактов и зазор между контактами (если нет указаний завода-изготовителя) в зависимости от числа цилиндров двигателя приведены ниже:

• Число цилиндров …….. 4 6 8
• Угол замкнутого состояния контактов,° …….. 43±3 39±3 30±3
• Зазор между контактами, мм …….. 0,4±0,05 0,4±0,05 0,З5±0,05

Технические характеристики некоторых типов прерывателей-распределителей даны в таблицах на рис. см. ниже:

---

---

Проверка и регулировка угла опережения зажигания

1. Прогрейте двигатель до нормальной рабочей температуры.
2. Подсоедините тахометр. Подключите пробник тестера тахометра на вывод «IG-» диагностического разъема.

Примечание:

• Никогда не допускайте касания вывода тахометра массы, поскольку это может вызвать повреждения коммутатора и/или катушки зажигания.
• Некоторые тахометры не совместимы с этой системой зажигания, поэтому проверьте совместимость вашего прибора перед использованием.

3. Проверьте и отрегулируйте угол опережения зажигания,

а) С помощью перемычки замкните выводы «ТС» и «Е1» (1G-FE, 1JZ-GE) или «ТЕ1» и «Е1» (4S-FE, 1JZ-GTE, 2JZ-GE) диагностического разъема.

Примечание: при этом частота вращения должна увеличится до 1000 -1500 об/мин (1G-FE с 08.1998 г.), а через 5 секунд — вернуться к номинальному значению.

б) Проверьте работу двигателя на холостом ходу.

в) Подключите стробоскоп и проверьте угол опережения зажигания.

Угол опережения зажигания на холостом ходу:

• 4S-FE……………………8-12°до ВМТ
• 1G-FE……………………8-12°до ВМТ
• серия JZ……………….8-12°до ВМТ

(При замкнутых выводах диагностического разъема).

r) (1G-FE 09.1996 — 08.1998) При необходимости отрегулируйте угол опережения зажигания поворотом корпуса распределителя, ослабив болты его крепления. Затяните болты и повторно проверьте угол опережения зажигания, д) Снимите перемычку с диагностического разъема.

4. Повторно проверьте угол опережения зажигания.

Угол опережения зажигания на холостом ходу:

• 4S-FE……………………….10-20°до ВМТ
• 1G-FE с 09.1996 г…….7-24°до ВМТ
• 1G-FE с 08.1998 г…….9-13°до ВМТ
• серия JZ…………………..более 8° до ВМТ

5. Снимите тахометр и стробоскоп.
 

Проверка и регулировка угла опережения зажигания Toyota MARK II & CHASER & CRESTA: https://toyota.service-manual.company/tehnicheskoe-obsluzhivanie-i-obshchie-protseduri-proverki-i-regulirovki/proverka-i-regulirovka-ugla-operezheniya-zazhiganiya/

Проверка угла опережения зажигания

Вы вдавливаете педаль газа в пол, чтобы обогнуть поток въезжающих машин, и понимаете, что автомобиль почти не откликается. Такси тормозит в каком-то дюйме от заднего бампера вашего автомобиля, и таксист возмущенно жмет на клаксон, чтобы высказать вам все, что он думает. Однако разгон вашего автомобиля не похож сам на себя. Что может быть не так? Двигатель работает гладко, ему просто не хватает мощности. Нет ни сигнала CHECK ENGINE (проверь двигатель), ни кодов неисправности.

Извините за вопрос, но когда в последний раз вы проверяли опережение зажигания? Опережение зажигания, ответите вы. Ведь вы водите модель 1997 года с большим, быстрым компьютером двигателя. Все эти компьютерные штуковины должны управлять этой ерундой, правда?
В действительности вам может понадобиться откопать ваш старый стробоскоп и пустить его в дело. Проверка и, возможно, регулировка угла опережения зажигания могут оказаться утраченными навыками, но большинство легковых и грузовых автомобилей все еще имею: метку для установки зажигания – и она там не просто для красоты.

Если искры возникают на свечах слишком рано или слишком поздно, эксплуатационные характеристики двигателя падают, и транспортное средство, вероятно, не пройдет проверку состава отработавших газов. Конечно, изменения в опережении зажигания контролируются компьютерами уже много лет и легковых, и на грузовых автомобилях. Те не менее базовая установка угла опережения зажигания все равно должна оставаться правильной.

Наблюдается тенденция к использованию зажигания типа «катушка на свече», без проводов к свечам зажигания (и без удобного приспособления для стробоскопа) и без меток для установки зажигания тоже. Если ваш двигатель не имеет меток, вам придется проверять регулирование зажигания при помощи сканирующего прибора для испытаний, который покажет сведения датчика, обработанные компьютером. Тем не менее если имеются метки, то лучше произвести целенаправленную проверку – настоящего угла опережения зажигания, а не обработанного компьютером сигнала.

Если у вас автомобиль с распределителем, опережение зажигания, возможно, регулируемое. Оно может иметь очень небольшой диапазон регулирования, но если вы заметите какую-нибудь щель в отверстиях распределителя под болты или гайки, момент зажигания можно переустановить.

Даже если нет распределителя, есть нормативы базового опережения зажигания, и если они неправильные, двигатель не будет работать так, как нужно. Проблема может быть вызвана слабым сигналом от датчика или даже неисправным компьютером, но пока вы не проверите установку опережения зажигания, вы не узнаете.
Большинство автомобилей, выпущенных до 1996 года, были оборудованы диагностической системой отработавших газов, названной OBD (On-Board Diagnostics – бортовая диагностика). Большое число таких моделей, включая двух лидеров продаж, «Хонда Аккорд» и «Тойота Камри», имеют регулируемую установку опережения зажигания. В 1996-м вошла в использование гораздо более чувствительная, сложная система, названная OBD II. При любой системе нет никакой гарантии, что ошибка в установке опережения зажигания заставит загореться сигнал CHECK ENGINE или даже код неисправности.

Проверять установку опережения зажигания довольно несложно – если у вас есть хороший стробоскоп, подходящий к вашему автомобилю. Тип, который вам нужен, зависит от типа четок для установки опережения зажигания на вашем двигателе. Найдите нормативы опережения зажигания в руководстве по эксплуатации или в информационной системе по послепродажному обслуживанию.

Как найти метки для установки опережения зажигания

Найти метки для установки опережения зажигания может оказаться нелегко, если они на передней части двигателя и покрыты грязью.

_{В моторном отделении темно и глубоко, да и довольно грязно. На холодном двигателе почистите табличку опережения зажигания и шкалу, чтобы их было хорошо видно.}

Метки можно найти на картере маховика трансмиссии. (Для защиты картера от дорожной пыли может использоваться резиновая заглушка. Удалите заглушку для проверки установки опережения зажигания). Почистите метку и выделите установленное техническими условиями опережение зажигания с помощью мела или белого лака для ногтей. Выделение должно быть тонким, так как широкая метка может перекрыть несколько градусов. Вам необходима точная установка опережения зажигания.

Когда стробоскоп направлен на метки установки опережения зажигания при работающем двигателе, неподвижная метка должна совпасть с освещенной меткой на вращающейся части, будь это шкив коленчатого вала, или демпфер, или маховик. Если метки не совпадают, произведите необходимую регулировку распределителя или следуйте процедуре диагностики из руководства по эксплуатации, чтобы выяснить, нормально ли работают датчик и компьютер.

_{Метка для установки опережения зажигания на маховике может находиться под крышкой для защиты от пыли или под заглушкой. 1 – РЕЗИНОВАЯ ПЫЛЕЗАЩИТНАЯ ЗАГЛУШКА. 2 – МАХОВИК. 3. – МЕТКА ДЛЯ УСТАНОВКИ ОПЕРЕЖЕНИЯ ЗАЖИГАНИЯ.}

Если есть только неподвижная точка и одиночная линия на демпфере или шкиве коленвала, вам, возможно, не удастся проверить угол опережения зажигания с помощью простого стробоскопа. Когда эти две метки совпадают, угол опережения зажигания равен нулю, если не отмечен как-то по-иному. Нуль означает, что искра возникает тогда, когда поршень находится в самой верхней точке своего хода – «верхней мертвой точке» (ВМТ). В действительности опережение зажигания обычно составляет несколько градусов перед (или даже после) верхней мертвой точки. Если нет метки для этой нормы, все, что вы увидите с помощью стробоскопа, что две метки немного расходятся. Правильное ли это число градусов? Вам нужен настраиваемый стробоскоп. С его помощью вы можете изменить синхронность стробируюущего светового сигнала, чтобы свет вспыхивал раньше или позже. Затем вы снимаете показания с круговой шкалы или цифрового дисплея, чтобы определить, на сколько градусов вам нужно изменить вспышки стробоскопа, прежде чем метки установки опережения зажигания совпадут. Если вы измените ее на 16° в сторону уменьшения, угол опережения зажигания увеличится на 16°. Если заводская норма 10° опережения, это будет слишком много. Если вы изменили его на 6°, но норма опережения зажигания 10°, опережение зажигания запаздывает. В любом случае, необходима регулировка.

_{Мел или подкрашивающая краска светлого цвета поможет вам лучше видеть метку угла опережения зажигания 1. – МЕЛ. 2 – МЕТКА ДЛЯ УСТАНОВКИ ОПЕРЕЖЕНИЯ ЗАЖИГАНИЯ. 3 – ШКИВ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА.}

Ладно, вот таким образом вам следует действовать. Давайте пройдем через реальную проверку угла опережения зажигания для демонстрации. Во-первых, метки установки опережения зажигания должны быть чистыми и хорошо видны. Обычно их не очень хорошо видно из-за того, что в моторном отсеке много всего. Возможно, вам придется открутить и убрать питательный бачок, чтобы получить хороший угол обзора. Это важно, потому что, если угол обзора слабый, вы можете совершить так называемую «параллактическую ошибку» (от обзора в направлении, не перпендикулярном поверхности), в результате которой ошибетесь на пару градусов.

Подсоедините стробоскоп. Провод питания и заземления подсоединяют к аккумулятору, провод с пластмассовым зажимом (называемый «датчик») подсоединяют к свече зажигания № 1. Датчик должен быть помещен под прямым углом на проводе к свече. На однорядном четырехцилиндровом или шестицилиндровом двигателе свеча, расположенная ближе всех к стороне двигателя с ремнем и шкивами, практически всегда № 1. Если у вас V-образный двигатель, вам необходимо свериться с руководством по эксплуатации, так как свеча № 1 может оказаться на любой стороне.

_{Современные стробоскопы часто имеют регулируемую функцию задержки/опережения, которая позволяет вам установить угол опережения зажигания на такое значение, которое не напечатано на табличке установки опережения зажигания. 1– УСТАНОВОЧНАЯ МЕТКА ВМТ (ВЕРХНЕЙ МЕРТВОЙ ТОЧКИ). 2 – ШКАЛА УСТАНОВКИ УГЛА ОПЕРЕЖЕНИЯ ЗАЖИГАНИЯ. 3 – ИНДУКТИВНЫЙ ДАТЧИК НА ПРОВОДЕ К СВЕЧЕ N° 1. 4 – ВИБРОГАСИТЕЛЬ (ДЕМПФЕР ВИБРАЦИЙ). 5 – РЕГУЛИРУЕМЫЙ СТРОБОСКОП. 6 – 12-ВОЛЬТОВЫЙ ПРОВОД ПИТАНИЯ ДЛЯ СТРОБОСКОПА.}

После подключения стробоскопа запустите двигатель и прогрейте его, так чтобы он работал на холостых оборотах. Редко, но все же иногда производители автомобиля указывают, что проверку опережения зажигания следует проводить при работе двигателя на других оборотах. Если установка опережения зажигания неверная, вам нужно выяснить почему. Обычные причины – дефектный датчик положения коленвала (деталь, которая определяет положение коленвала для регулирования угла опережения зажигания с помощью компьютера) или датчик положения дроссельной заслонки. Может и не быть кода неисправности, но, проверив установку угла опережения зажигания, вы положили хорошее начало. Продолжите анализ датчиков при помощи прибора для сканирования и универсального измерительного прибора.

Зажигание без распределителя

Электронный модуль с двусторонней катушкой зажигания для каждой пары из сопутствующих цилиндров – самый распространенный вид зажигания без распределителя. Сопутствующие цилиндры имеют поршни, которые находятся в одинаковом положении в соответствующих цилиндрах в одно и то же время – один на ходе сжатия, готовый к воспламенению свечи зажигания, другой – на ходе выпуска.

Катушечный блок также содержит электронную схему, которая взаимодействует с компьютером двигателя и выполняет его команду к зажиганию. Существует три ключевых входных устройства к компьютеру: датчики положений коленчатого вала и распределительного вала и датчик детонации.

Зажигание использует отдельную катушку для каждой пары цилиндров, обычно в блоке из трех или четырех катушек, соединенных вместе. 1–ДАТЧИК ДЕТОНАЦИИ. 2 – ЭЛЕКТРОННЫЙ КАТУШЕЧНЫЙ БЛОК. 3            – ЭЛЕКТРОННЫЙ БЛОК УПРАВЛЕНИЯ. 4 – ДАТЧИК РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА. 5 – ВХОДЫ ДАТЧИКОВ. 6 – ДАТЧИК КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА.

Первые два – электромагнитные устройства, которые реагируют на точно расположенные зазоры в зубчатых колесиках на шкивах. Изменения напряжения, вызываемые изменениями в электромагнитных явлениях, заставляют датчики подавать сигналы, которые сообщают компьютеру, когда каждый из поршней поднимается на ходе сжатия. Таким образом, компьютер может указать катушечному блоку, когда именно разрядить катушку зажигания, чтобы выработать искру. Затем компьютер может поддерживать цепь последовательного чередования цилиндров относительно электронного модуля катушек для их воспламенения (пока работает двигатель). Все, что нужно системе в дальнейшем, – сигналы от датчика коленвала.

Если погодные условия, качество топлива или условия работы приводят к работе двигателя с детонацией, датчик детонации посылает сигнал компьютеру, который уменьшает угол опережения зажигания. Каждая катушка зажигания выпускает искру с обоих концов, но только в том, который в цилиндре с ходом сжатия, есть топливная смесь для воспламенения. Друга искра без ущерба вылетает в отработавшие газы сопутствующего цилиндра.

Опережение зажигания вместе с впрыском топлива регулируются компьютером, в зависимости от изменений в положении дроссельной заслонки, количества оборотов в минуту двигателя, нагрузки и скорости транспортного средства.

Опубликовано: 06 августа 2014

Регулировка угла опережения зажигания своими руками

Каждый автовладелец должен разбираться в теории двигателя внутреннего сгорания. Так, она говорит нам о том, что в процессе сгорания топливовоздушной смеси возникает большое количество газов, которые своей силой производят давление на поршень. В результате этого осуществляется полезная работа. Система зажигания в данном случае играет роль важнейшего элемента, который нужен для того, чтобы в определенный момент поджечь смесь. Именно вследствие этого стартует процесс сгорания. Поэтому данная система является очень важной в общей структуре автомобиля, так как от нее зависит уровень вредных веществ в уже отработавших газах, мощность мотора и экономичность топлива. По этой причине каждый водитель должен знать, что такое регулировка угла опережения зажигания, и уметь это делать, так как стабильная работа данной системы обеспечит больше лет жизни всему авто.

Содержание статьи

Что такое угол опережения

Момент зажигания, как правило, определяют по положению коленчатого вала в соответствии с его положением относительно ВМТ. Что касается обозначения, то это – градус до ВМТ. Из этого и следует вывод о том, что данный угол называется углом опережения зажигания. Если же момент зажигания сдвигается от ВМТ, то угол увеличивается, то есть зажигание становится ранним. Если же он, наоборот, сдвигается к ВМТ, то угол, соответственно, уменьшается, а зажигание считается поздним.

Следует отметить то, что в моторах типа инжектор (инжекторные) система способна к самостоятельной установке угла опережения зажигания и его расчету. Зависит это от работы двигателя в тот или иной момент. В этом случае описываемый показатель определяется на основе трехмерной функции и таких данных, как нагрузка на двигатель, режим его работы и скорость вращения коленвала. В результате система управления мотором выбирает наиболее подходящий угол опережения зажигания.

То, какой угол опережения зажигания будет действенен, зависит от множества факторов:

1. Скорость вращения коленчатого вала: чем большее количество оборотов он осуществляет, тем раньше воспламенение топливно-воздушной смеси необходимо для того, чтобы достичь пика максимального уровня давления в нужной для этого точке.
2. Температура: чем она ниже для двигателя и смеси, тем, соответственно, будет ниже и реакция окисления, в результате чего угол должен быть более ранним и наоборот.
3. Нагрузка на двигатель: чем она больше, тем и более высокий уровень в цикличном наполнении цилиндра, как результат – необходимость меньшего угла зажигания для того, чтобы не допустить детонацию (непредсказуемый взрыв в двигателе).

Пожалуй, никого не удивит, что данный показатель является наиболее важным в общей работе двигателя. Поэтому процесс регулировки опережения зажигания – это, несомненно, то, в чем должен разбираться каждый автовладелец. Если он, конечно же, ценит свою машину.

Признаки неправильной регулировки

Правильная регулировка опережения зажигания не только улучшит общую динамику работы автомобиля, но также сможет значительно экономить топливо. Поэтому при выявлении самых первых симптомов в нарушении воспламенения я рекомендую в первую очередь осуществить диагностику всей системы зажигания, а потом уже и ее регулировку, если понадобится.

За причину беспокойства касательно функционирования анализируемой системы могут выступить такие признаки:

• Потеря уровня мощности;
• Потеря уровня приемистости;
• Осуществление автомобилем неустойчивого холостого хода;
• Некий провал, если надавливать на педаль «газа», а также возникновение стука пальцев;
• Проблемы при попытках запуска двигателя;
• Невозможность автомобиля развивать обороты максимального уровня;
• Повышенный уровень расхода топлива;
• Возникновение выстрелов в карбюратор или глушитель;
• Перегрев мотора;
• Детонация двигателя после прекращения его работы.

Все это поможет выяснить, какой угол опережения зажигания был установлен, причем установлен неверно. Но также аналогичные признаки можно наблюдать и при факте неисправных или неправильно отрегулированных клапанных механизмов и карбюраторе. Поэтому тут следует детально разбираться уже на месте.

Регулировка своими руками

Отрегулировать настройки описываемой системы каждый водитель может самостоятельно. Для установки угла опережения зажигания понадобятся такие инструменты:

1. Стробоскоп. Причем необязательно какой-то «навороченный», можно простейший, не имеющий встроенного тахометра, стоит недорого. Более же продвинутый, который отличается наличием встроенного тахометра, стоит, соответственно, дороже.
2. Тахометр. В этом случае можно использовать встроенные в щиток приборы, а также произвести подключение внешние приборы (к примеру, мультиметр или автотестер в режиме тахометра) и ориентироваться на звуковые сигналы. Последнее рекомендуется осуществлять только при наличии немалого опыта в подобном деле.
3. Рожковый или накидной ключ. В качестве альтернативного варианта может выступить Г-образный ключ или головка с трещоткой. Но оптимальный размер около 10.
4. Шлицевая отвертка.

Итак, отвечая на вопрос, как выставить угол опережения зажигания, для начала следует отметить важность подготовительных работ. Так, я советую сначала:

• Прогреть двигатель до отметки около 90^о, то есть до оптимальной рабочей температуры, и установить обороты холостого хода на минимальном уровне (это около 800 в минуту). Для осуществления последнего действия нужно вращать винт, отвечающий за количество топливной смеси и располагающийся на карбюраторе.
• Выставить это минимальное количество оборотов можно на слух или же используя тахометр – уж кому как удобнее. Если же они соответствуют норме, то данное действие выполнять не нужно.
• Снять со штуцера, который располагается на корпусе вакуумного регулятора опережения зажигания, что на тремблере, трубку из силикона.
• Проверить, есть ли в ней разрежение, приложив к ее отверстию палец. Ничего такого быть не должно. Если же это не так, то обороты следует постепенно уменьшать до того момента, пока разрежение не исчезнет. Для этого нужно плавно вращать ранее упомянутый винт.
• Заглушить двигатель и при помощи связывания узлом или мелкого болтика избавиться от отверстия в трубке.
• При помощи шлицевой отвертки повернуть маховик (перед этим аккуратно открепить корпус трамблера путем ослабления ключом гаек его крепления), в результате чего должна стать видна длинная поперечная установочная метка.
• Подключить стробоскоп в зависимости от инструкции к нему.

Чтобы установить значение угла опережения зажигания, приближенное к идеальному, я рекомендую руководствоваться следующей инструкцией:

1. Запустить двигатель, при этом еще раз убедиться при помощи тахометра, что обороты являются минимальными.
2. Мигающий луч от стробоскопа направить в лючок со шкалой.
3. В результате этого выделенная метка, которая размещается на маховике, должна быть напротив необходимого деления на шкале.
4. Каждое деление на шкале – это соответствующий градус опережения зажигания.
5. Для регулировки опережения зажигания следует осуществлять вращения корпуса трамблера.
6. После того, как необходимое значение было достигнуто, стробоскоп отсоединить, а трамблер надежно закрепить.

Для лучшего понимания вышеприведенных действий я рекомендую ознакомиться также с такими понятиями, как регуляторы опережения зажигания, а также его датчик, муфта и вариатор угла опережения зажигания.

Итак, существует два регулятора: центробежный и вакуумный. Центробежный регулятор опережения зажигания предназначен для того, чтобы осуществлять изменение данного показателя на автоматическом уровне, причем зависит это от количества оборотов, производимых коленчатым валом. Вакуумный же регулятор опережения зажигания используется для той же цели, но только зависит его деятельность от скорости работы мотора.

Показания угла опережения зажигания можно менять, изменив также и данные датчика положения коленвала. А помочь в этом сможет такой прибор, как вариатор опережения зажигания. Применение вариатора угла опережения зажигания нужно из-за того, что скорость горения газа является более низкой, чем бензина.

Главная особенность вариаторов опережения зажигания заключается в том, что они способны конфигурироваться с компьютерными программами и менять данный показатель с точностью в 1 градус. Также этот прибор не нуждается в обязательном подключении к педали и позволяет создавать график разгона машины. Поэтому вариатор угла опережения зажигания – это нужный механизм, которые, помимо этого, может быть использован как генератор.

Датчик опережения зажигания – тоже важный механизм. В автомобиле их насчитывается два (сверху и с правой стороны), а при факте их отсутствия двигатель элементарно не сможет запустится.

И последний механизм, но не последней необходимости – муфта опережения зажигания, принцип работы которой, как правило, механический. Нужна эта муфта опережения зажигания для того, чтобы обеспечивать лучшую динамику мотора, а также на повышенных оборотах опережать воспламенение топлива. Как результат – работа двигателя более мощно и тяговито.

Проверка настройки

Чтобы проверить, какой угол опережения зажигания был выставлен и является ли он правильным, нужно руководствоваться такими признаками:

• Никаких «провалов» в работе прогретого двигателя не должно ощущаться при его холостом ходу.
• Краткая детонация (около 3-5 секунд) должна присутствовать, если резко надавить на педаль газа, при этом движение должно происходить на максимально ровном участке дороги при факте четвертой передачи и скорости движения около 50 км/ч. Другими словами – должен быть слышен стук пальцев. Если такого не наблюдается, то было установлено слишком позднее зажигание, если же это есть, но не может никак пройти, то раннее. Откорректировать ситуацию можно при помощи небольших вращений трамблера в разные стороны, после чего проверку надо произвести еще раз до получения оптимальных результатов. 

Момент зажигания – это, несомненно, важное явление из общей картины работы автомобиля. Шутки и безответственное отношение с этим может привести к скорой поломке всего железного агрегата. Так что неустанно следите за данным процессом.

Видео «Как правильно отрегулировать угол опережения зажигания»

На записи показан метод регулировки угла зажигания методом искры.

 

 

Полезные статьи по автодиагностике — Школа Пахомова

Осциллограмма давления в цилиндре является одним из богатейших источников диагностической информации.

Прежде всего, следует уяснить, что эта осциллограмма не отображает те или иные параметры механической части двигателя непосредственно. Она отображает процесс движения газов в цилиндре, по которому можно косвенно судить о работе механизма газораспределения, состоянии цилиндропоршневой группы, проходимости выпускного тракта и многом другом.

В дальнейшем речь пойдет, в частности, о моментах открытия, закрытия либо перекрытия клапанов. Нужно понимать, что это не есть их реальные геометрические углы, обусловленные конструкцией распределительного вала. Это характерные точки газодинамических процессов в цилиндре, дающие нам лишь косвенную информацию. Отметим также, что разговор будет об осциллограмме давления в цилиндре двигателя, работающего на холостом ходу при 800-900 оборотах в минуту.

Для получения осциллограммы давления в цилиндре необходимо прогреть двигатель до рабочей температуры, установить в исследуемый цилиндр датчик давления вместо вывернутой свечи, а высоковольтный провод этой свечи установить на разрядник. В случае, когда двигатель оснащен единым модулем зажигания на все цилиндры (некоторые моторы Opel, Peugeot, Renault), можно снять модуль и установить дополнительные высоковольтные провода между его выводами и свечами, соблюдая при этом меры предосторожности. Если возможно, отключить разъем от форсунки диагностируемого цилиндра, чтобы исключить подачу топлива. Синхронизацию при снятии осциллограммы лучше использовать внешнюю, от датчика первого цилиндра. Запустить двигатель и снять осциллограмму.

Рассмотрим участки и характерные точки осциллограммы по порядку, одновременно упоминая о том, какую информацию можно извлечь из их формы и значения давления.

Рисунок 1

Максимум давления в цилиндре соответствует верхней мертвой точке (ВМТ). ВМТ такта сжатия диагностируемого цилиндра принимают за нулевую точку угла поворота коленчатого вала.

Первое, на что следует обратить внимание, — это реальный угол опережения зажигания. Программа отмечает момент синхронизации тонкой серой полосой, которая при использовании внешней синхронизации представляет собой не что иное, как момент искрообразования в цилиндре.

Как вариант, можно вместе с осциллограммой давления снять и осциллограмму высокого напряжения в исследуемом цилиндре. Эта наглядная «картинка» соотношения ВМТ и момента искрообразования просто замечательна при поиске причин незапуска двигателя. Следует заметить, что полученный таким образом угол является реальным и может не совпадать с углом, отображаемым сканером. В случае большого расхождения есть смысл проверить задающий диск двигателя.

Второе, что нужно сделать перед дальнейшим анализом осциллограммы, — это убедиться, что называется, «навскидку» в отсутствии серьезных механических проблем в проверяемом цилиндре.

Рисунок 2

Делается это путем сравнения давлений в точках 1 и 2. Идея этой методики заключается в следующем. При сжатии поршнем газов часть из них неизбежно просочится через уплотнения цилиндра, вследствие чего давление в точке 2 относительно точки 1 упадет. В то же время, температура газов вырастет вследствие сжатия их поршнем и контакта с горячими стенками цилиндра, что приводит к росту давления. Поэтому у исправного двигателя давление в точке 1 должно быть приблизительно равно давлению в точке 2. Если же в цилиндре имеются серьезные механические дефекты (прогар клапана, сломанные кольца, неисправность в механизме газораспределения), то давление 1 будет заметно выше давления 2 из-за значительной утечки сжимаемых в цилиндре газов.

Рисунок 3

Приведенная методика скорее оценочная, серьезные выводы о состоянии уплотнений цилиндра лучше делать с использованием пневмотестера.

Если момент искрообразования на месте, и явных механических дефектов не обнаружено, приступаем к дальнейшему анализу осциллограммы. Начнем с верхней мертвой точки.

Значение давления в ВМТ — параметр интегральный, зависящий от множества факторов. Означает ли это, что из него невозможно сделать достоверное заключение о наличии либо отсутствии какого-либо дефекта? К сожалению, да. Но понимать, отчего это значение зависит, и соответствующим образом его интерпретировать совершенно необходимо.

Перечислим основные факторы, оказывающие влияние на значение давления в ВМТ:

1. Степень сжатия двигателя. Естественно, чем выше степень сжатия, тем выше давление. Разница будет заметна не только на конструктивно разных моторах, но и на двигателях одной и той же модели. Это связано в первую очередь с изменением степени сжатия в процессе эксплуатации, например вследствие обрастания нагаром камеры сгорания и днища поршня.
2. Абсолютное давление во впускном коллекторе. Так как наполнение цилиндра происходит из впускного коллектора через открытый впускной клапан, то количество поступивших газов, а следовательно, и давление в ВМТ напрямую зависит от значения абсолютного давления. Повышенное значение последнего чаще всего бывает следствием подсоса воздуха в задроссельное пространство. Вообще, подсос обнаруживается по наличию двух признаков: высокому давлению в ВМТ и низкому значению вакуума во впускном коллекторе.
3. Состояние газораспределительного вала. Например, износ впускного кулачка также приведет к плохому наполнению цилиндра и, как следствие, низкому давлению в ВМТ.
4. Состав смеси. Оптимальным составом смеси, на котором наиболее эффективно работает двигатель, является стехиометрический. Напомним, что стехиометрическим называют состав, в котором соотношение масс воздуха и топлива составляет 14,7:1. Отклонение от стехиометрии как в сторону обогащения, так и в сторону обеднения приводит к тому, что двигатель выходит из оптимального режима работы, в результате чего снижаются обороты холостого хода. Для их поддержания на необходимом уровне электронный блок управления (ЭБУ) приоткрывает регулятор холостого хода (РХХ). При этом давление во впускном коллекторе повышается, и соответственно повышается давление в ВМТ.
5. Угол опережения зажигания. Выше упоминалось, что перед анализом осциллограммы необходимо убедиться в правильной установке УОЗ, чтобы исключить влияние последнего на достоверность наших выводов. Поясним, как связаны между собой УОЗ и давление в ВМТ. Отклонение значения УОЗ от оптимального, как в сторону более позднего, так и в сторону слишком раннего зажигания, приводит к снижению значения оборотов холостого хода. Это опять-таки вызывает дополнительное открытие РХХ, рост абсолютного давления во впускном коллекторе и, соответственно, увеличение давления в ВМТ.
6. Состояние цилиндро-поршневой группы и клапанов. Наличие значительных утечек газов из цилиндра при неудовлетворительном состоянии этих узлов также приведет к снижению давления в ВМТ. Но, как уже упоминалось, произвести приблизительную оценку их состояния необходимо сразу после снятия осциллограммы, до ее детального анализа.
7. Еще один важный фактор — количество цилиндров двигателя. Поясним на простом примере. Дело в том, что при снятии осциллограммы исследуемый цилиндр не вносит вклад в работу двигателя. На трехцилиндровом моторе это будет один из трех, а на восьмицилиндровом — один из восьми цилиндров. В первом случае нагрузка на оставшиеся цилиндры возрастает значительно больше, чем во втором. Как следствие, для поддержания оборотов холостого хода значительно открывается РХХ, что приводит к увеличению давления в ВМТ. Поэтому, исследуя трехцилиндровый Дэу Матиз, не нужно удивляться высокому значению этого давления.

Значение давления в верхней мертвой точке исправного четырехцилиндрового двигателя колеблется от 4.5 до 6 бар. Меньшие значения говорят чаще всего о серьезных механических дефектах исследуемого цилиндра, большие — повод поискать подсос воздуха либо причину повышенной нагрузки на двигатель.

Спад давления после ВМТ соответствует движению поршня вниз. Выпускной клапан начинает открываться до того, как поршень достигнет нижней мертвой точки, которой соответствует угол поворота коленчатого вала 180 градусов. Происходит это потому, что при реальной работе мотора отработавшие газы находятся под большим давлением, и несмотря на то, что объем цилиндра увеличивается, начинается их истечение через выпускной клапан.

В нашем случае, так как воспламенения не происходит, давление в цилиндре в момент открытия выпускного клапана ниже атмосферного и примерно равно разрежению на впуске. Поэтому при открытии выпускного клапана начинается движение газов из выпускного тракта в цилиндр, и давление в последнем начинает расти.

Момент начала роста давления в цилиндре можно условно принять за момент начала открытия выпускного клапана. Для более точного измерения рекомендуется значительно растянуть осциллограмму по оси Y.

Рисунок 4

Затем при помощи измерительных линеек определить угол от ВМТ до момента открытия выпускного клапана. Это значение позволяет сделать однозначный вывод о правильности установки выпускного распредвала на двухвальном моторе либо распредвала на одновальном.

На подавляющем большинстве двигателей угол открытия выпускного клапана составляет 140-145 градусов поворота коленчатого вала, лишь на некоторых моторах, имеющих «опелевские» корни, этот угол составляет 160 градусов. Если измеренный на осциллограмме угол укладывается в указанный диапазон, то считается, что распредвал установлен верно. Напомним, что речь идет о наблюдаемом нами виртуальном газодинамическом угле, реальные же углы открытия и закрытия клапанов у различных моторов могут значительно отличаться.

Если говорить о моторах ВАЗ, то перестановка ремня ГРМ на один зуб дает смещение фаз газораспределения на 17 градусов в соответствующую сторону. Реально же на осциллограмме мы увидим смещение при ошибке на зуб приблизительно на 12 градусов, на два зуба — 26 градусов, и чем дальше, тем большее будет наблюдаться расхождение. Это происходит опять-таки в силу газодинамической природы рассматриваемой осциллограммы.

Надо сказать, что несовершенство технологии производства на ВАЗе приводит к значительным расхождениям угла от одного экземпляра двигателя к другому при абсолютно правильно установленном ремне ГРМ.

Далее. На участке последующего нарастания давления происходит процесс открытия выпускного клапана. Этот участок осциллограммы должен быть гладким. Наличие неровностей в виде всплесков или даже «пилы» говорит о значительном износе направляющей втулки выпускного клапана. Вибрация последнего при открытии и является причиной пульсаций давления. Ниже приведен пример осциллограммы такого явления.

Рисунок 5

При 180 градусах поворота коленчатого вала поршень попадает в нижнюю мертвую точку. Участок осциллограммы от этой точки до точки 360 градусов соответствует движению поршня вверх, к ВМТ такта выпуска, или ВМТ 360 градусов. После выравнивания давления в цилиндре и в выпускном тракте начинается вытеснение газов из цилиндра.

В этот момент выпускной клапан открыт, а поршень движется вверх. Другими словами, давление в цилиндре фактически есть ни что иное, как давление в выпускном тракте. Этот замечательный факт позволяет нам сделать вывод о проходимости выпускного тракта, установив соответствующим образом измерительные линейки и оценив полученное значение.

Вполне нормальным считается давление на этом участке в пределах 0,1-0,15 бар. Если оно значительно выше, до 1-1.5 бар, это однозначно указывает на внутреннее разрушение катализатора либо глушителя. Незначительные превышения также чаще всего бывают связаны с теми или иными внутренними разрушениями, хотя также возможен износ кулачка выпускного клапана.

В сомнительных случаях есть смысл рассоединить сочленения выпускного тракта и произвести повторное измерение. Этот участок осциллограммы особенно информативен, если поднять обороты холостого хода, скажем, до 2000. В случае внутреннего разрушения выпускного тракта давление на нем будет весьма высоким, до 2-3 бар.

На участке осциллограммы, соответствующем выпуску отработанных газов, наблюдаются неровности. Причина их появления — волновые и резонансные процессы в выпускном тракте. Чем лучше настроен выпускной тракт на конкретный двигатель, тем ровнее будет этот участок осциллограммы. Сравнение осциллограмм моторов отечественного и иностранного производства позволяет сделать неутешительный вывод о том, что к настройке выпуска зарубежные автопроизводители относятся гораздо более серьезно.

Рассмотрим верхнюю мертвую точку такта выпуска, соответствующую 360 градусам поворота коленчатого вала. Незадолго перед ней впускной клапан начинает открывать канал, через который внутренний объём цилиндра соединяется с впускным коллектором. Абсолютное давление во впускном коллекторе значительно ниже давления в цилиндре. Так как выпускной клапан все еще открыт, то давление в цилиндре практически равно давлению в выпускном коллекторе. По этой причине обнаружить момент начала открытия впускного клапана на осциллограмме давления в цилиндре большинства двигателей невозможно.

Говоря о ВМТ выпуска, следует заострить внимание на характерной точке, соответствующей перекрытию клапанов. Речь идет о газодинамическом перекрытии, когда проходные сечения канала впуска и выпуска уравниваются. Так как диаметры тарелок впускного и выпускного клапанов различны, перекрытие наступает при различных значениях вылета этих клапанов.

На некоторых моторах геометрическое перекрытие клапанов может отсутствовать вообще. Но виртуальное газодинамическое перекрытие присутствует всегда, независимо от конструкции двигателя. На осциллограмме этот момент соответствует началу резкого спада давления в конце такта выпуска. Для оптимальной работы мотора момент газодинамического перекрытия должен совпадать с отметкой 360 градусов, что и наблюдается при исследовании двигателей разных производителей.

Обратим внимание на такой нюанс. Если при анализе осциллограммы давления в цилиндре окажется, что момент перекрытия изменяет свое положение от кадра к кадру, то это говорит об ослаблении натяжения ремня ГРМ.

Когда поршень, достигнув верхней мертвой точки, изменят направление движения на противоположное, выпускной клапан уже почти закрыт. Вследствие этого внутренний объём цилиндра разобщается выпускным коллектором. Впускной клапан при этом продолжает открываться, и давление в цилиндре начинает уравниваться с давлением во впускном коллекторе.

Так как значение давления в цилиндре достаточно высокое, газы из цилиндра начинают перетекать во впускной коллектор, где давление значительно ниже атмосферного. Вскоре давления в цилиндре и впускном коллекторе практически выравниваются. Поршень при этом движется вниз, впускной клапан открыт, и значение давления на участке впуска есть ни что иное, как вакуум во впускном коллекторе. Его усредненное значение на исправном моторе составляет 0.6 бар.

Если значение вакуума ниже, это повод искать причину дефекта. К сожалению, вакуум во впускном коллекторе, как и рассмотренное выше давление в ВМТ сжатия, зависит от целого ряда факторов. Небольшие затухающие колебания на участке впуска возникают предположительно из-за резонансных процессов во впускном тракте.

Достигнув нижней мертвой точки 540 градусов, поршень вновь начинает движение к головке блока цилиндров. Но впускной клапан при этом некоторое время остаётся всё ещё открытым. Поясним, почему. Дело в том, что процесс движения газов из впускного коллектора в цилиндр имеет значительную инерционность, и несмотря на то, что поршень движется к ВМТ и объем цилиндра уменьшается, через открытый впускной клапан продолжается наполнение цилиндра за счет инерции потока. Опоздание закрытия впускного клапана служит для улучшения наполняемости цилиндра топливовоздушной смесью.

Данный эффект зависит от частоты вращения коленчатого вала и от степени открытия дроссельной заслонки. Момент закрытия впускного клапана подбирается при проектировании таким образом, чтобы «дозаряд» цилиндров был максимальным при определенном значении оборотов и полностью открытом дросселе. Если же двигатель работает с низкой частотой вращения коленчатого вала, эффект от позднего закрытия впускного клапана отрицательный: часть газов перетекает обратно во впускной коллектор.

Увидеть момент закрытия впускного клапана на осциллограмме можно лишь приблизительно:

1. На холостом ходу (800-900 об/мин), когда в момент закрытия клапана газы из цилиндра перетекают в коллектор, это будет момент начала роста давления.
2. На повышенных оборотах, когда в момент закрытия клапана происходит процесс «дозаряда» цилиндра, будет виден небольшой перелом графика. Этот перелом возникает из-за того, что давление до полного закрытия клапана повышалось вследствие сжатия и «дозаряда», а после закрытия — только за счет сжатия. В идеальном случае горба быть не должно вообще, но на реальных серийных моторах добиться этого невозможно.

Момент закрытия впускного клапана на осциллограмме давления должен находиться примерно на отметке 580 градусов. Правильность установки впускного газораспределительного вала на двухвальном моторе можно установить по положению перекрытия клапанов и моменту закрытия впускного клапана.

После полного закрытия впускного клапана поршень движется к ВМТ такта сжатия, и цикл повторяется сначала.

Анализ осциллограммы давления в цилиндре: итоги

Осциллограмма давления в цилиндре позволяет нам определить:

1. Реальный угол опережения зажигания по соотношению ВМТ и импульса высокого напряжения.
2. Состояние механической части по разнице давлений до и после сжатия (приблизительно).
3. Правильность установки выпускного распредвала по углу открытия выпускного клапана.
4. Правильность установки впускного распредвала по положению перекрытия клапанов и моменту закрытия впускного клапана.
5. Состояние направляющей втулки выпускного клапана по форме осциллограммы.
6. Проходимость выпускной системы по значению давления в момент выпуска газов.
7. Наличие и значение вакуума во впускном коллекторе.
8. Наличие слабины ремня ГРМ по разнице углов перекрытия клапанов от кадра к кадру.

Оптимальный угол — опережение — зажигание

Оптимальный угол — опережение — зажигание

Cтраница 1

Оптимальный угол опережения зажигания меняется в зависимости от состава смеси.  [2]

Оптимальный угол опережения зажигания зависит от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки двигателя. В первом случае увеличивается скорость движения поршня, и чтобы рабочая смесь успела сгореть, необходимо увеличивать опережение зажигания. Рост нагрузки обусловлен увеличением открытия дроссельной заслонки и характеризуется увеличением наполнения цилиндров. В результате продолжительность сгорания смеси уменьшается и, следовательно, необходимо уменьшать угол опережения зажигания.  [3]

Подбирают оптимальный угол опережения зажигания, обеспечивающий наибольшие показания весов тормоза на данном скоростном режиме. На установленном режиме замеряют угол опережения зажигания, частоту вращения коленчатого вала, крутящий момент двигателя и часовой расход топлива.  [4]

Определяется и регулируется оптимальный угол опережения зажигания с помощью средств технического диагностирования двигателя и систем электрооборудования.  [6]

Определяется и регулируется оптимальный угол опережения зажигания с помощью средств технического диагностирования двигателя и системы электрооборудования.  [7]

Подобно тому, как у карбюраторных двигателей существует оптимальный угол опережения зажигания, у двигателей с воспламенением от сжатия существует оптимальный угол опережения впрыска топлива.  [8]

При изменении числа оборотов и нагрузки двигателя меняется и оптимальный угол опережения зажигания.  [9]

Для осуществления наивыгоднейшего рабочего процесса в двигателях с искровым зажиганием должен быть установлен оптимальный угол опережения зажигания, который подбирается для каждого вида двигателя на заводе-изготовителе экспериментальным путем. Обычно в более быстроходных двигателях угол опережения зажигания больше, а в двигателях с большей степенью сжатия угол опережения зажигания бывает меньше, чем в двигателях с низкой степенью сжатия ( фиг.  [10]

В случае использования плоской камеры процесс сгорания, напротив, самый медленный, и при этом оптимальный угол опережения зажигания должен быть самый большой. Камера сгорания типа Nebula также обеспечивает быстрое сгорание.  [12]

При вращении регулировочных гаек в ту или иную сторону поворачивается корпус прерывателя-распределителя. Оптимальный угол опережения зажигания получается в результате корректировки начального установочного угла / ( рис. 4.17, д), вносимой центробежным ( кривая 2) и вакуумным ( кривые 3) регуляторами опережения зажигания. Кривая 2 характеризует изменение момента зажигания. При полной нагрузке двигателя дроссельная заслонка полностью открыта и вакуумный автомат не работает. Кривые 3 отражают работу обоих автоматов.  [13]

Водитель должен хорошо знать, что на увеличение расхода топлива существенно могут оказывать влияние системы зажигания и охлаждения. При исправной системе зажигания обеспечиваются оптимальный угол опережения зажиганий и хорошее качество искры между электродами свечей. Помните, как раннее, так и позднее зажигание снижает мощность двигателя и значительно увеличивает расход топлива.  [14]

Во время работы двигателя с одной и той же нагрузкой увеличивают угол опережения зажигания ( исходя из уже известного угла опережения зажигания при работе двигателя с полной нагрузкой с данным числом оборотов) и измеряют при этом расход топлива. Точки кривых, соответствующие наименьшему удельному расходу топлива, характеризуют оптимальный угол опережения зажигания для каждой данной нагрузки ( фиг. Пологий характер протекания кривых удельного расхода топлива показывает, что в противоположность установке угла опережения зажигания в зависимости от числа сборотов установка угла опережения зажигания в зависимее от нагрузки может производиться менее точно, причем величина оптимального угла опережения зажигания лишь в незначительной степени зависит от числа сборотов. Дополнительное изменение угла опережения зажигания в зависимости от нагрузки составляет примерно 10 — 20 по углу поворота коленчатого вала.  [15]

Страницы:      1    2

ᐉ Угол опережения (регулировка момента зажигания)

Для наибольшей эффективности работы двигателя угол опережения зажигания должен быть таким, чтобы максимальное давление от сгорания смеси достигалось через 10″ после верхней мертвой точки (ВМТ) движения поршня в цилиндре. Идеальный выбор момента зажигания зависит от двух главных факторов:

• скорости вращения
• нагрузки на двигатель

Увеличение скорости вращения требует, чтобы зажигание происходило чуть раньше. Объему воздушно-топливной смеси в цилиндре для сгорания требуется определенное время (обычно около 2 мс). При более высоких скоростях вращения время, затрачиваемое поршнем, чтобы пройти то же самое расстояние, уменьшается. Более ранний момент возникновения искры гарантирует, что смесь сгорит полностью.

Необходимо также изменение момента зажигания, обусловленное нагрузкой на двигатель, поскольку бедная смесь, используемая в условиях низких нагрузок, сгорает с меньшей скоростью. В этой ситуации следует увеличить угол опережения зажигания в еще большей степени. Большая нагрузка на двигатель требует и более богатой смеси, которая горит быстрее. В этом случае необходимо некоторое уменьшение момента зажигания. В целом же при любом соотношении оборотов двигателя и нагрузки идеальный угол опережения должен гарантировать, что максимальное давление в цилиндре будет достигнуто непременно после ВМТ. Идеальный угол опережения в дальнейшем может быть уточнен с учетом температуры двигателя и возможности детонации.

Опережение зажигания регулируется множеством способов. Самый простой из них представляет механическую систему, включающую центробежный механизм опережения (реагирующий на обороты двигателя) и вакуумный регулятор (реагирующий на нагрузку). Разрежение в коллекторе практически обратно пропорционально нагрузке. Цифровые системы зажигания могут регулировать выбор момента зажигания в зависимости от температуры, а также скорости вращения и нагрузки. Значения всех функций расчета момента зажигания объединяются либо механически, либо с помощью электроники.

Работа катушки зажигания основана на принципе сохранения энергии. Энергия в катушке сохраняется в форме магнитною поля. Чтобы гарантировать, что катушка накопила необходимую для сжигания энергию, требуется период активации. Данный термин обозначает время, необходимое для накопления в катушке зажигания энергии, равной LI^2/2 при достижении током I максимальной величины.

Общие сведения об управлении питанием SCR | Типы SCR Firing

СКР

SCR или Silicon Controlled Rectifier представляет собой 3-контактное устройство, имеющее три основных контакта: анод, катод и затвор. Клемма затвора является управляющей клеммой для подачи анодно-катодного напряжения. Обычно кремний используется из-за его низкого тока утечки. Полярность напряжений, подаваемых на катод и анод, определяет, находится ли устройство в прямом или обратном смещении, а напряжение затвора определяет проводимость тринистора.Другими словами, когда к тринистору прикладывается прямое смещение, после подачи надлежащего положительного напряжения на затвор устройство начинает проводить ток и выключается только тогда, когда ток через устройство становится меньше тока удержания. Таким образом, SCR можно использовать в качестве переключателя.

Активация SCR:

Подача напряжения GATE называется срабатыванием.

Типы зажигания SCR:

Обычно существует два типа стрельбы:

• Перекрестное срабатывание при нулевом напряжении: Режим управления при пересечении нуля (также называемый быстрым циклом, интегральным циклом или импульсным срабатыванием) работает путем включения SCR только тогда, когда мгновенное значение синусоидального напряжения равно нулю.
• Метод управления фазовым углом: Фазовый угол варьируется, т. е. подача стробирующих импульсов задерживается на определенное время и контролируется проводимость.

Цепи зажигания:

Особенности схемы зажигания:

• Цепи запуска должны генерировать импульсы запуска для тиристора в соответствующие моменты времени.
• Между цепями зажигания и тиристором должна быть электрическая изоляция. Это достигается с помощью импульсного усилителя или оптоизолятора.

Типы цепи зажигания:

Угол обстрела:

Количество градусов от начала цикла при включении SCR составляет угол открытия . Любой SCR начнет проводить в определенной точке напряжения источника переменного тока. Конкретная точка определяется как угол стрельбы. Чем раньше в цикле SCR включается, тем большее напряжение будет приложено к нагрузке.

Выпрямитель с управлением SCR от Elwood Gillilan

Управление углом зажигания:

Управление углом зажигания может использоваться в таких приложениях, как управление скоростью двигателей вентиляторов, управление яркостью лампы накаливания, путем управления подачей питания на SCR.Управление углом открытия достигается за счет изменения времени подачи стробирующих импульсов на тринистор. Напряжение на клемму Gate SCR может быть подано в заданное время, определяемое удаленным входом.

По сути, управление углом открытия означает управление точкой на сигнале переменного тока, когда должен сработать тиристор, или, другими словами, временем, соответствующим форме сигнала переменного тока, когда на затвор тиристора подается напряжение питания постоянного тока. Обычно для запуска SCR мы используем оптоизолятор.Для простой схемы подачи питания, где управление мощностью не требуется, обычно можно использовать детекторы перехода через нуль или оптоизоляторы с детекторами перехода через нуль, с помощью которых SCR запускается только при уровнях перехода через нуль формы волны переменного тока. Для других приложений, связанных с приложением управления мощностью, затвор запускается с помощью импульсов, и угол открытия изменяется соответственно для управления переключением SCR и, соответственно, мощностью SCR.

Изменение угла открытия или изменение проводимости тринистора за счет задержки подачи тока затвора можно выполнить двумя способами:

• Сдвиг фаз Управление воротами : Вызывает задержку проводимости от 0 до 180⁰.Фазовый угол напряжения затвора изменяется по отношению к напряжению анод-катод. Другими словами, напряжение затвора прикладывается не в фазе с анодным напряжением.

Обычно для этой цели используют емкость или индуктивность. В комбинации LR ток отстает от напряжения, тогда как в комбинации RC опережает напряжение. Резистор R изменяется так, чтобы изменять фазовый угол, на который напряжение затвора отстает от анодного напряжения.

Различные схемы, используемые в качестве фазовращателя:

Генератор фазового сдвига с цифровым управлением

• Импульсный запуск: Напряжение затвора также можно подать, подав импульсы на клемму затвора.Рабочий цикл импульсов может варьироваться, чтобы обеспечить изменение проводимости.

Импульсы можно генерировать либо с помощью UJT, либо с помощью таймеров 555.

Схема генерации импульсов с использованием таймера 555

Рабочий пример управления углом открытия и его применение

Блок-схема, показывающая управление углом включения тиристоров вплотную друг к другу для достижения контроля мощности

На приведенной выше блок-схеме представлена ​​система для обеспечения управления мощностью асинхронного двигателя с помощью управления углом открытия тиристоров вплотную друг к другу.

Перед тем, как вдаваться в подробности о том, как в этой системе достигается управление углом открытия, давайте кратко рассмотрим встречное соединение SCR.

Вот видео, описывающее встречное соединение SCR.

Встречное соединение SCR используется для подачи питания переменного тока на нагрузку в обоих полупериодах сигнала переменного тока. К каждому тринистору подключено два оптоизолятора. В первом полупериоде сигнала переменного тока один из тринисторов после срабатывания оптоизолятора проводит ток и позволяет току проходить через нагрузку.Во втором полупериоде другой тиристор, подключенный в направлении, обратном направлению другого тиристора, срабатывает с помощью другого оптоизолятора и позволяет току течь к нагрузке. Таким образом, нагрузка получает питание переменного тока в обоих полупериодах.

В этой системе SCR запускается с помощью оптоизолятора, содержащего комбинацию светодиода и симистора. Когда на светодиод подаются импульсы, он излучает свет, который падает на симистор, и он проводит, вызывая выходные импульсы от оптоизолятора к тринистору.Принцип включает управление скоростью подачи импульсов путем изменения частоты между соседними импульсами. Микроконтроллер используется для подачи импульсов на оптоизолятор на основе сопряженного с ним кнопочного входа. Количество нажатий кнопки определяет величину задержки подачи импульсов. Например, если кнопка нажата один раз, микроконтроллер задерживает подачу импульса на 1 мс. Таким образом, угол, под которым срабатывает SCR, регулируется соответствующим образом, а также контролируется подача переменного тока на нагрузку.

Фото:

Объяснение угла открытия SCR

Угол срабатывания тиристора определяется как угол между моментом, когда тиристор проводил бы ток, если бы он был диодом, и моментом его срабатывания.

Мы знаем, что есть два условия, которые должны быть выполнены для включения SCR. Они:

• Тиристор должен быть смещен в прямом направлении, т. е. его анодное напряжение должно быть положительным по отношению к катодному напряжению.
• Он должен быть стробированным, т. е. стробирующий сигнал должен подаваться на клеммы затвора и катода.

Это означает, что хотя SCR смещен в прямом направлении, он не будет проводить до тех пор, пока не будет подан стробирующий сигнал. С диодом такого нет. В диоде, как только он смещается в прямом направлении, он начинает проводить. Для включения диода не требуется подавать сигнал затвора. На самом деле в диоде такой клеммы Gate нет.

Давайте подробно разберемся с концепцией угла стрельбы. Для лучшего понимания рассмотрим рисунок ниже.

На приведенном выше рисунке тиристор T подключен к источнику переменного тока v _s и сопротивлению нагрузки R.Только подумайте, если тиристор заменить диодом, он начнет проводить положительный полупериод напряжения питания, поскольку на этот период он смещен в прямом направлении. Но будет ли это тот самый корпус тиристора?

Очевидно, № Верно, что SCR смещен в прямом направлении для положительного полупериода напряжения питания, но, к сожалению, сигнал затвора не подается. Следовательно, он не будет проводить или включаться. Давайте теперь применим стробирующий сигнал под некоторым углом α на кривой напряжения источника, как показано на рисунке ниже.

 

Теперь SCR смещен в прямом направлении, и стробирующий сигнал также применяется при wt = α. Следовательно, SCR включится и начнет проводить. Этот угол, под которым сигнал затвора подается на затвор и катод тиристора, называется углом возбуждения. Применение стробирующего сигнала также называется запуском SCR. Как только SCR смещен в прямом направлении и срабатывает, он становится включенным. Напряжение и ток нагрузки будут иметь форму волны, аналогичную напряжению питания, поскольку нагрузка является резистивной. Что будет дальше? Будет ли SCR продолжать проводить бесконечное время?

Это не так.При ωt = π ток через тринистор станет равным нулю, так как нагрузка имеет резистивный характер. Далее, от ωt = π до 2π напряжения питания тринистор смещен в обратном направлении. Следовательно, SCR выключится естественным образом, если этот период полураспада должен быть больше, чем время отключения SCR. Этот метод отключения SCR называется естественной или линейной коммутацией.

Итак, тринистор выключится при ωt = π. Чтобы снова включить SCR, нам нужно запустить его. Поэтому мы снова применяем стробирующий сигнал при wt = (2π+α), (4π+α), (6π+α),….,скоро. Итак, есть несколько точек, где мы запускаем SCR. Тогда какой будет угол обстрела?

Поскольку напряжение источника является синусоидальным с периодом времени 2π, угол открытия будет равен «α».

Угол срабатывания также может быть определен как угол, измеренный от момента, когда SCR смещается вперед, до момента срабатывания. Исходя из этого определения, угол открытия для нашего примера равен α.

Однофазный тиристорный выпрямитель | Плексим

Принцип работы

Однофазный тиристорный выпрямитель преобразует переменное напряжение в постоянное на выходе.Поток мощности является двунаправленным между стороной переменного и постоянного тока. Работа схемы зависит от состояния источника переменного тока и угла открытия α двухимпульсного генератора. Индуктивностью источника L _s для простоты пренебрегаем.

• α = 0°: Когда угол открытия тиристоров равен нулю, данная схема сводится к диодному выпрямителю с индуктивной нагрузкой.
• 0° < α < 90°: Угол открытия больше нуля означает, что тиристор также будет иметь положительное напряжение блокировки.Это приводит к отрицательному напряжению постоянного тока, а также к меньшему среднему напряжению нагрузки В 90 116 нагрузка 90 117 = 0,9 90 073 · 90 074 В 90 116 с, среднеквадратичное значение 90 117 · 90 074 cos(α).
• 90° < α < 180°: Схема находится в инверторном режиме, при этом мощность передается от постоянного тока к стороне переменного тока.

Влияние катушки индуктивности источника L

_с и напряжения нагрузки В _{нагрузки}

• Как и в случае однофазного диодного выпрямителя, индуктивность источника L _s больше нуля приводит к интервалу коммутации тока между парами тиристоров T ₁ /T ₂ и T ₃ /T ₄ .Этот интервал увеличивает угол открытия тиристора α и приводит к дальнейшему снижению среднего напряжения на нагрузке.
• При увеличении напряжения нагрузки ток через дроссель уменьшается. Как и в случае преобразователей постоянного тока, в установившемся режиме считается, что схема работает в режиме прерывистой проводимости, если ток через L _d достигает нуля, и в режиме непрерывной проводимости, если ток никогда не достигает нуля.

Эксперименты

• Установите индуктивность сетки и угол открытия тиристора α равными нулю и выполните анализ установившегося состояния.Убедитесь, что результаты точно соответствуют результатам, полученным для диодного выпрямителя с индуктивной нагрузкой и индуктивностью источника L _с = 0 Гн
• Установите L _d  = 100 мкГн, α = 45° и V _{нагрузки} = 150 В. Обратите внимание, как ток нагрузки достигает нуля во время установившейся работы — теперь преобразователь работает в режиме прерывистой проводимости.
• Убедитесь, что при увеличении угла открытия α>45° и индуктивности источника L _с >100 мкГн выходное напряжение уменьшается.

Методы запуска тиристорного контроллера

Какие наиболее распространенные методы запуска тиристора?

Тиристоры управляются путем подачи правильного сигнала на соединение затвора устройства. Затем он будет продолжать пропускать ток до тех пор, пока сигнал затвора не будет удален и напряжение на нем не достигнет нуля. Существует два основных метода запуска тиристоров:

• Запуск кроссовера при нулевом напряжении (импульсный импульс)
• Запуск фазового угла

Что такое запуск кроссовера при нулевом напряжении (импульсный импульс)?

Zero Crossover Firing посылает сигналы затвора на тиристоры только тогда, когда напряжение на них равно нулю.Следовательно, тиристор будет включаться и выключаться только в точке пересечения нулевого напряжения синусоиды, которая возникает каждые полпериода. Периоды полного включения и выключения основаны на пакетных импульсах времени, которые устанавливаются схемой запуска и могут быть отрегулированы в соответствии с нагрузкой пользователя. Например, если общее время цикла установлено на 2 секунды и требуется выходная мощность 50% от тиристорного контроллера, тогда выход будет полностью включен на 1 секунду и полностью выключен на 1 секунду, это показано на диаграмме ниже:

Этот процентный вывод работает линейно относительно времени включения и выключения.Например, если общее время цикла установлено на 2 секунды и требуется выходная мощность 75% от тиристорного контроллера, тогда выход будет полностью включен на 1,5 секунды и полностью выключен на 0,5 секунды. Для достижения этого диапазона выходных сигналов требуется сигнал от пользователя, который обычно составляет 0–10 В постоянного тока или 4–20 мА. Этот сигнал пропорционален требуемой выходной мощности в процентах, например, при использовании сигнала 0–10 В пост. тока:

Сигнал (В пост. тока) Выход в процентах (%)
0 0
2,5 25
5 50
7.5 75
10 100

Зачем использовать Zero Crossover Firing (пакетный импульс)?

Zero Crossover Firing (пакетный импульс) является предпочтительным методом для стандартных резистивных нагрузок, в частности, в отрасли HVAC. Обеспечивая постоянное включение тиристоров в точке нулевого напряжения полупериода сети, можно избежать быстро нарастающих волновых фронтов высокого напряжения, что значительно снижает уровень генерируемых электрических помех. Этот метод экономически эффективен, так как теперь устранена необходимость в существенной фильтрации.Еще одним преимуществом этого метода является то, что его можно использовать в трехфазной системе, где только две фазы контролируются тиристорами; это снова снижает затраты и снижает тепловые потери, создаваемые тиристорами.

Что такое фазовый угол срабатывания?

Включение фазового угла включает тиристоры в определенный момент каждого полупериода частоты сети. Изменение этой точки включения между начальной и конечной точками нулевого напряжения синусоиды обеспечивает изменение от 100 % до 0 % напряжения нагрузки (и, следовательно, выходной мощности).Например, если требуется выходная мощность тиристорного контроллера на уровне 50 %, то форма сигнала будет следующей:

Для достижения диапазона выходной мощности в процентах требуется сигнал от пользователя, который обычно составляет 0–10 В постоянного тока или 4–20 мА. Подобно запуску пакетного импульса, этот сигнал пропорционален требуемой выходной мощности в процентах; однако вместо того, чтобы изменять время, в течение которого тиристоры включены и выключены, сигнал изменяет величину задержки в угле проводимости формы волны.

Зачем использовать фазовый угол стрельбы?

Управление фазовым углом позволяет чрезвычайно жестко, точно и плавно управлять нагрузкой, но будет генерировать значительное количество электрических помех, если не используются мощные сети фильтров. Уровень электрических помех увеличивается по мере того, как точка включения приближается к максимальному пиковому напряжению синусоиды. Коэффициент мощности — это расчет доступной мощности по сравнению с потребляемой мощностью, при полной мощности метод фазового угла обеспечивает коэффициент мощности, равный 1, но он уменьшается по мере уменьшения мощности тиристоров, т.е.е. коэффициент мощности составляет 0,5 при 50% мощности. Метод управления фазовым углом используется в основном для индуктивных нагрузок, таких как нагрузки с трансформаторной связью, а также для некоторых конкретных резистивных нагрузок, которые выигрывают от функций, которые может предложить управление фазовым углом, таких как плавный пуск для ограничения высокого пускового тока.

Есть ли другие варианты?

Существует ряд других вариантов описанных выше методов обжига; вероятно, наиболее интересным из них является комбинация нулевого перекрестного пакетного импульса и срабатывания фазового угла.Если пользовательская нагрузка большую часть времени будет работать на нулевом переходном пакетном импульсе, но будет полезна функция отложенного или плавного пуска, тогда этот метод запуска идеален. Это дает преимущества обоих методов обжига. Например, поскольку управление фазовым углом приводит к плохому коэффициенту мощности при уровнях мощности менее 100 %, можно использовать комбинированный метод, чтобы избежать этого, а также уменьшить гармоники и кондуктивные электромагнитные помехи. Время цикла пакетного импульса будет установлено достаточно длинным, чтобы обеспечить завершение плавного пуска фазового угла, как только это увеличит напряжение в течение заданного времени, пакетный импульс возьмет на себя управление до тех пор, пока время цикла не закончится.

Мы готовы помочь с вашими требованиями к управлению тиристорами

Power Products International предлагает ряд вариантов управления тиристорами, включая многофазные конфигурируемые контроллеры. Для получения помощи в отношении ваших конкретных требований к управлению тиристорами и любых других приложений силовых полупроводников, пожалуйста, свяжитесь с нашим отделом продаж.

Какой максимально возможный угол стрельбы для SCR? – СидмартинБио

Какой максимально возможный угол открытия SCR?

90°
Рисунок: 1.значение (ток фиксации устройства) SCR начинает проводить. в отрицательном полупериоде. Напряжение. Используя этот метод, мы можем достичь максимального угла стрельбы до 90°.

Как рассчитать угол стрельбы?

При нулевой входной мощности угол открытия тиристора должен быть α = 180° или 360°, чтобы выходной ток был равен нулю. Следовательно, при α = αmax = 180° выходная мощность Ρο = 0. Следовательно, диапазон угла открытия α равен π 4 ≤ α ≤ π .

Что такое угол задержки SCR?

Угол задержки — это угол, при котором тиристоры срабатывают после пересечения нуля.После перехода питающего напряжения через ноль одна пара тиристоров смещена в прямом направлении. После угла задержки (α) эти тиристоры срабатывают.

Какова функция угла стрельбы?

Firing Angle Control: В основном, управление углом открытия означает управление точкой на форме сигнала переменного тока, когда должен сработать SCR, или, другими словами, временем, соответствующим форме сигнала переменного тока, когда будет дан вход SCR. Напряжение питания постоянного тока.

Что такое цепь зажигания SCR?

В этой простой схеме включения тиристора «включено-выключено» тиристор используется в качестве переключателя для управления лампой, но его также можно использовать в качестве схемы управления включением-выключением для двигателя, нагревателя или другой подобной нагрузки постоянного тока.Тиристор — это устройство, работающее от тока, потому что небольшой ток затвора может управлять гораздо большим током анода.

Что такое угол открытия и угол погасания?

В силовой электронике угол погасания — это угол, при котором тиристор выключается, несмотря на обратное смещение. Нагрузка питается от источника напряжения через тиристор. Импульс зажигания подается на затвор тиристора. Он остается во включенном состоянии до тех пор, пока ток нагрузки не попытается перейти к отрицательному значению.

Что такое управление углом зажигания в HVDC?

Предложена схема управления дифференциальным углом зажигания для последовательных мостов в преобразовательных подстанциях постоянного тока высокого напряжения, которая снижает содержание гармоник в питающем переменном токе и реактивное вольт-амперное поглощение.

Как активировать SCR?

Для срабатывания тиристора необходимо приложить напряжение между затвором и катодом, положительное к затвору и отрицательное к катоду. При тестировании SCR мгновенного соединения между затвором и анодом достаточно по полярности, интенсивности и продолжительности, чтобы вызвать его срабатывание.

Что такое цепь зажигания в SCR?

Как активировать SCR?

Что такое срабатывание фазового угла?

Включение фазового угла включает тиристоры в определенный момент каждого полупериода частоты сети.Изменение этой точки включения между начальной и конечной точками нулевого напряжения синусоиды обеспечивает изменение от 100 % до 0 % напряжения нагрузки (и, следовательно, выходной мощности).

Что такое угол погасания?

Угол экстинкции — это мера между направлением спайности или габитусом минерала и экстинкцией. Чтобы найти это, просто совместите линии спайности/длинное направление с одним из перекрестий в микроскопе и поворачивайте минерал до тех пор, пока не произойдет исчезновение.

Какова цель управления углом стрельбы в SCR?

Чем раньше в цикле SCR включается, тем больше будет напряжение, подаваемое на нагрузку. Управление углом зажигания можно использовать в таких приложениях, как управление скоростью двигателей вентиляторов, управление яркостью лампы накаливания, путем управления подачей питания на SCR.

Какой угол быстрого открытия SCR?

Угол срабатывания тиристора определяется как угол между моментом, когда тиристор проводил бы ток, если бы он был диодом, и моментом его срабатывания.Мы знаем, что есть два условия, которые должны быть выполнены для включения тринистора.

Что такое угол SCR в цепи?

Это угол, под которым SCR/тиристор находится во включенном состоянии и испытывает ток. На приведенном ниже рисунке показана кривая выходного напряжения, когда подключенная нагрузка является чисто резистивной. SCR естественным образом выключается, когда напряжение питания достигает нуля.

Что происходит, когда SCR запускается из ворот?

Применение стробирующего сигнала также называется запуском SCR.Как только SCR смещен в прямом направлении и срабатывает, он становится включенным. Напряжение и ток нагрузки будут иметь форму волны, аналогичную напряжению питания, поскольку нагрузка является резистивной. Что будет дальше? Будет ли SCR продолжать проводить бесконечное время? Это не так.

Эффективный метод расчета угла выстрела реактивной системы залпового огня на основе полиномиальной поверхности отклика и метамоделей кригинга

предложен метод, основанный на данных большой выборки и метамодели.Полиномиальная поверхность отклика, кригинг и ансамбль метамоделей используются для установления функциональных соотношений между углом стрельбы, максимальным углом дальности, максимальной дальностью и различными влияющими факторами в стандартных атмосферных условиях, а также подробно описаны связанные процессы. На этой основе определяются начальные значения для первых двух итераций с полным использованием метеорологических данных в моделировании траектории с шестью степенями свободы, а затем автоматически и итеративно рассчитывается угол открытия, соответствующий определенной дальности.Эффективный метод расчета угла стрельбы для типичной РСЗО был тщательно протестирован в трех случаях. Результаты показывают, что полиномиальная поверхность отклика высокого порядка, предикторы Кригинга с кубическими, гауссовыми и сплайновыми корреляционными функциями, а также ансамбль из четырех указанных выше отдельных метамоделей имеют лучшие характеристики для прогнозирования угла открытия в стандартных атмосферных условиях по сравнению с другими метамоделей в идентичных условиях, а время выполнения вышеуказанных четырех отдельных метамоделей с размером обучающей выборки 9000 меньше 0.9 мс, что подтверждает эффективность и реализуемость предлагаемого метода расчета угла стрельбы в стандартных атмосферных условиях. Кроме того, количество итераций эффективно сокращается за счет использования предложенного подхода итеративного поиска в реальных атмосферных условиях. Это исследование может дать рекомендации по проектированию системы управления огнем и командования РСЗО.

1. Введение

Являясь основным армейским оружием с глушителем, РСЗО играет все более важную роль в высокоточных ударах на большие расстояния.В современных и будущих войнах крайне важно повысить живучесть РСЗО, и сокращение времени подготовки к пуску для повышения способности быстрого реагирования становится одним из самых интересных направлений исследований. Поэтому особенно важно разработать экспресс-метод расчета прицельных параметров РСЗО.

Два основных параметра прицеливания, включая угол обстрела и азимут, определяются перед огневым заданием [1]. Азимут на север можно рассчитать в соответствии с заданными географическими положениями пусковой установки и цели (широта и долгота), и для расчета точного азимута можно применить несколько существующих методов [2], таких как метод Бесселя, метод Рейнсфорда. , метод Винсенти и метод Карни.Метод расчета азимута желательно выбирать в соответствии с преимуществами и ограничениями различных методов. Кроме того, весь процесс расчета азимута относительно прост и занимает меньше времени.

Однако процесс расчета угла стрельбы относительно сложен. Существует два широко используемых подхода для получения угла стрельбы: традиционный подход таблицы стрельбы и подход итеративного поиска с помощью программы траектории, из которых первый может быть реализован путем интерполяции или аппроксимации табличных данных в стандартных условиях с последующим применением поправочных коэффициентов [3]. , 4].В настоящее время линейная и квадратичная интерполяции по-прежнему являются двумя широко используемыми интерполяционными подходами для расчета угла открытия [5], а одним из широко используемых подходов аппроксимации является полиномиальная поверхность отклика (PRS) [3], особенно полиномы порядков с 1 по 4. , За исключением PRS, нейронная сеть с прямой связью также успешно применялась для прогнозирования угла выстрела артиллерийской ракеты [6]. Однако другие методы аппроксимации, такие как кригинг [7–9], радиальная базисная функция (RBF) [10], машина экстремального обучения (ELM) [11] и машина опорных векторов (SVM) [12], редко используются для прогнозирования угол обстрела.Результат расчета с использованием таблицы обжига может соответствовать требованиям точности в определенном диапазоне. Однако, когда реальные атмосферные условия сильно отличаются от стандартных атмосферных условий, угол стрельбы, полученный с использованием подхода таблицы стрельбы, будет довольно неточным [13], что приведет к провалу задачи стрельбы свободно и просто управляемых ракет с ограниченным маневренность.

Подход с итеративным поиском представляет собой еще один метод расчета угла обстрела с использованием программы траектории и итеративного алгоритма, который применим к расчету угла обстрела как в стандартных, так и в реальных атмосферных условиях.Эффективность расчета сильно зависит от модели траектории, итеративного начального значения и итерационного алгоритма. Будучи одним из наиболее известных программ управления огнем, баллистическое ядро ​​вооружений НАТО (NABK) [14, 15] ищет угол стрельбы, соответствующий заданной дальности, используя модифицированную точечную массу или пять степеней свободы (DOF). траекторная программа [16] и итерационный алгоритм. Несмотря на значительные улучшения, которые были достигнуты, детали алгоритмов в основном конфиденциальны, и в настоящее время доступны ограниченные публикации.Используя программу траектории с шестью степенями свободы и улучшенный итеративный подход к поиску, L. J. Zhou et al. предложил метод расчета угла обстрела РСЗО, позволяющий существенно сократить количество итераций [17]. Д. Х. Чжао и соавт. представил метод определения угла стрельбы артиллерии на основе программы траектории с тремя степенями свободы и метода бинарного поиска [18]. П. Чусилп и соавт. разработали четыре алгоритма итеративного поиска и сравнили эффективность расчета четырех алгоритмов с расчетом угла выстрела снаряда M107 в качестве примера [19].Кроме того, W. Charubhun и соавт. предложили эффективный метод расчета угла стрельбы для РСЗО с программой траектории с шестью степенями свободы и методом итеративного бинарного поиска, используя предварительное знание дальности по сравнению с углами стрельбы [20].

Без учета различных типов систематических и случайных ошибок угол обстрела определяется шестью влияющими факторами, в том числе широтой пусковой установки, углом места пусковой установки, азимутом цели, расстоянием между пусковой установкой и целью, углом места цели, и температура топлива.Более того, функциональная связь между углом открытия и шестью факторами влияния сильно нелинейна. Принимая во внимание различные влияющие факторы, большое значение в современном уровне техники имеет проведение исследований по быстрому и высокоточному методу расчета угла стрельбы в стандартных атмосферных условиях. С одной стороны, за результат расчета можно принять непосредственно угол обстрела РСЗО, вооруженной управляемыми реактивными снарядами, которые способны обрабатывать различного рода систематические и случайные погрешности, такие как ошибки прицеливания, погрешности изготовления, аэродинамические погрешности, ветровые погрешности. индуцированные ошибки.С другой стороны, результат расчета можно использовать в качестве начального значения метода итеративного поиска.

В статье предлагается эффективный метод расчета угла стрельбы РСЗО на основе данных большой выборки и метамодели, который может решить задачу расчета угла стрельбы как в стандартных, так и в реальных атмосферных условиях. С помощью ПРС, Кригинга и ансамбля метамоделей (ЭМ) [21-25] устанавливаются функциональные связи между углом стрельбы, максимальным углом дальности, максимальной дальностью и различными влияющими факторами.Здесь метамодель представляет собой инженерный метод, который соответствует набору пар ввода-вывода из прогонов имитацион- ной модели, и его можно использовать в полной мере, а не использовать более дорогой и трудоемкий код моделирования [26, 27]. Оказывается, метамодель широко применялась к задачам оптимизации инженерного проектирования [28–31].

Содержание этого документа выглядит следующим образом. В следующем разделе подробно представлены основные теории, включая такие метамодели, как PRS, Кригинг и EM, алгоритм оптимизации на основе обучения и обучения [32, 33] и методы оценки точности прогнозирования метамоделей.После этого определяются три различных типа задач расчета угла обстрела, которые включают в себя задачу расчета угла обстрела в стандартных атмосферных условиях, задачу расчета максимального угла дальности в стандартных атмосферных условиях и задачу расчета угла обстрела. в реальных атмосферных условиях. Здесь угол максимальной дальности представляет собой угол стрельбы, соответствующий максимальной дальности при определенных условиях ограничений. Далее приводятся результаты применения предложенного метода расчета угла стрельбы к трем разным видам задач.Наконец, в конце приводятся выводы.

2. Основные теории

2.1. Метамодели

2.1.1. PRS

PRS представляет собой метамодель, которая выполняет подгонку функций с помощью статистического регрессионного анализа, преимуществами которого являются низкая вычислительная сложность и хорошая надежность, и она широко применяется для решения задач оптимизации проектирования. Для простоты и удобства, предполагая, что отклик является одномерным, выражение PRS может быть записано как где — прогнозируемое значение в точке , — i -я компонента вектора длины n , и обозначает вектор параметров регрессии.

2.1.2. Кригинг

Кригинг — это метод пространственной интерполяции, берущий свое начало в области геостатистики [34], который в настоящее время используется для аппроксимации детерминированных данных, полученных путем измерений или компьютерного моделирования. Математическая формула Кригинга имеет следующий вид: где – функция тренда, обеспечивающая глобальную аппроксимацию, – реализация стохастического процесса со средним значением 0 и дисперсией . и пространственная ковариация для расчетных точек и определяется как где — корреляционная функция с вектором параметров, выраженная как гдеВ литературе доступны многочисленные корреляционные функции [7], включая кубическую функцию, функцию Exp, функцию Гаусса, функцию Lin, сферическую функцию и функцию сплайна, как показано в таблице 1. Помимо наиболее часто используемых корреляционных функций, показанных в таблице 1, Класс корреляционных функций Matern может оказаться более эффективным на практике [35], и, возможно, большой интерес представляют два случая (Matern32) и (Matern52), для которых где .

Корреляционная функция Кубический Exp Гаусс Лин сферический SPLINE

2.1.3. EM

EM, также известная как средневзвешенная метамодель, привлекла большое внимание благодаря своей хорошей аппроксимационной способности [21] и обычно выражается следующим образом: индивидуальных метамоделей, является прогнозируемым откликом i индивидуальной метамодели и обозначает вес, соответствующий i индивидуальной метамодели. Очевидно, что индивидуальная метамодель с большей точностью предсказания имеет больший вес и наоборот, а сумма весов равна 1; а именно, .

В общем, расчет веса является ключом к установлению EM. В настоящее время в литературе доступно множество методов расчета весов, например, эвристический метод расчета, метод расчета весов на основе дисперсии предсказания и метод комбинирования метамоделей путем минимизации ошибки [21–23]. В данной работе используется метод вычисления весов, основанный на минимизации ошибок, который рассматривает процесс вычисления весов как задачу оптимизации. Переменными проекта и целью оптимизации являются веса и минимальная ошибка предсказания EM, соответственно, а задача оптимизации может быть сформулирована следующим образом: где обозначает выбранную метрику ошибки для измерения точности ответа, предсказанного EM, и является фактическим значением ответа в точку.В качестве метрики ошибки выбрана среднеквадратическая ошибка. В процессе обучения EM обычно используются два метода проверки, в том числе метод перекрестной проверки и метод проверки с независимыми выборками, из которых последняя имеет более низкую стоимость вычислений по сравнению с первой для больших обучающих выборок. Следовательно, метод проверки с независимыми выборками предпочтительнее, и большие тестовые выборки непосредственно используются в качестве независимых выборок проверки в этой статье.На основе установленных индивидуальных метамоделей веса ЭМ оптимизируются с помощью алгоритма обучения-обучения [32, 33].

2.2. Алгоритм оптимизации на основе преподавания-обучения

Алгоритм оптимизации на основе преподавания-обучения (TLBO) представляет собой метод оптимизации на основе популяции, вдохновленный эффектом влияния учителя на учащихся и основанный на нем, предложенный Рао. и другие. в 2011 г. [32]. В базовом алгоритме TLBO группа учащихся рассматривается как текущая совокупность, из которых лучший человек представляет учителя, а остальные люди считаются учениками.Процесс базового алгоритма TLBO состоит из двух частей, а именно: «фаза учителя» и «фаза ученика». «Этап учителя» и «этап учащегося» означают обучение у учителя и обучение посредством взаимодействия между учащимися соответственно. Краткое описание базового алгоритма TLBO дано следующим образом.

2.2.1. Этап учителя

На этапе учителя учащиеся получают и обновляют свои знания в соответствии со следующими выражениями: где и обозначают совокупность после и до обучения у учителя соответственно; и — случайные числа от 0 до 1; обозначает текущего лучшего человека; обозначает коэффициент обучения со значением, равным 1 или 2; средний индивидуум населения до обучения у учителя; округление [ X ] означает, что каждый элемент X округляется до ближайшего целого числа.

2.2.2. Фаза ученика

Завершив фазу учителя, учащиеся расширяют свои знания, просто взаимодействуя между собой. Учащийся случайным образом взаимодействует с другими учащимися для расширения своих знаний. В случае задач минимизации обновленный учащийся может быть определен как где и представляет собой двух случайно выбранных учащихся; и значения приспособленности учащихся и , соответственно; обозначает случайное число от 0 до 1.

2.3. Методы оценки точности прогнозирования метамоделей

Для оценки точности прогнозирования различных метамоделей применяются три различных показателя, включая максимальную абсолютную ошибку (MAE), максимальную относительную ошибку (MRE) и среднеквадратичную ошибку (RMSE), выраженные а, соответственно, где — количество испытательных образцов.

3. Эффективный метод расчета угла стрельбы РСЗО на основе метамоделей

3.1. Расчет угла стрельбы в стандартных атмосферных условиях

В стандартных атмосферных условиях фактический процесс расчета угла стрельбы для РСЗО на основе метамодели показан на рисунке 1 и включает следующие два конкретных шага.

Шаг 1 (построение траекторной модели). Точность расчета угла стрельбы напрямую определяется моделью траектории.Мы применяем модель траектории с шестью степенями свободы и учитываем эффекты сжатия и вращения Земли. Кроме того, используются ложные факторы. Следовательно, результаты расчетов с использованием модели траектории с шестью степенями свободы хорошо согласуются с результатами летных испытаний.

Шаг 2. Установить функциональную связь между углом стрельбы и , , , , , с помощью метамоделей, и весь процесс в основном включает в себя получение набора данных с помощью выборки латинского гиперкуба (LHS) [36] и компьютерного моделирования, выбор метамодели тип, построение метамодели и проверка метамодели.Здесь LHS особенно подходит для очень больших конструкций.
После определения географического положения пусковой установки и цели подробный процесс расчета данных стрельбы в стандартных атмосферных условиях состоит из следующих шагов:

Шаг 1. Рассчитать и в соответствии с заданными широтой, долготой и высотой пусковая установка и цель.

Шаг 2. Рассчитайте угол открытия, используя установленную функциональную зависимость между углом открытия и , , , , , .
Что касается углов стрельбы, соответствующих различным расчетным точкам в стандартных атмосферных условиях, они получены с помощью подхода итеративного поиска и программы траектории с шестью степенями свободы, и включают следующие шесть конкретных шагов.

Шаг 1. Рассчитать соответствующий заданному угол открытия и по методу Лагранжа [37] и принять за начальное значение итерации.

Шаг 2. Рассчитайте диапазон, соответствующий программе траектории via the six DOF, а также разницу между и by .

Шаг 3. Оценить длину шага по и вычислить угол открытия второй итерации по .

Шаг 4. Рассчитайте диапазон, соответствующий программе траектории с шестью степенями свободы.

Шаг 5. Определить угол стрельбы с повышенной точностью по следующей итерационной формуле: где , , и – углы стрельбы при k th, ( k -1)th и ( k — 2)-е итерации соответственно; и – диапазоны, соответствующие углам открытия и соответственно.По формуле (15) проводится итерационный расчет угла стрельбы по траекторной программе с шестью степенями свободы до тех пор, пока не будет выполнен следующий критерий сходимости: где – дальность, соответствующая . После этого заменяется в образце.

Шаг 6. Повторяйте шаги с 1 по 5, пока не будут завершены процессы расчета, соответствующие всем проектным точкам.

Существует особый случай, который превышает максимальный диапазон, соответствующий данным , , , и .В этом случае необходимо только итерировать угол стрельбы до максимального угла дальности с помощью итеративного метода в разделе 3.2, а затем заменить на максимальную дальность.

3.2. Расчет максимального угла дальности при стандартных атмосферных условиях

Без учета различных типов систематических и случайных ошибок максимальный угол дальности и максимальная дальность при стандартных атмосферных условиях определяются по формулам , , , и . Перед установлением функциональных соотношений для максимального угла дальности и максимальной дальности получают обучающую выборку и проверочную выборку, которая состоит из следующих двух конкретных шагов.

Шаг 1. Вычислите максимальный угол дальности с переменным размером шага, который состоит из четырех циклов итераций с размерами шага 1,000, 0,100, 0,010 и 0,001 соответственно. В и -м раунде пусть , , и начальное значение итерации, размер шага и предполагаемый угол стрельбы второй итерации соответственно, где , и дальности, соответствующие и равны и , соответственно. Тогда 90 368 k 90 369 угол открытия может быть выражен как, где 90 368 k 90 369 обозначает количество итераций.Для каждого раунда повторяйте формулу (17), пока не будет достигнут максимальный угол дальности. Для последующего раунда инициализируется окончательным выходом ( i -1)-го раунда. После четырех циклов итерационных вычислений выведите соответствующий максимальный диапазон.

Шаг 2. Повторяйте шаг 1, пока не будут завершены процессы расчета, соответствующие всем проектным точкам.

После получения обучающей выборки и тестовой выборки функциональные отношения между максимальным углом дальности, максимальной дальностью и различными влияющими факторами устанавливаются с использованием различных метамоделей.

3.3. Расчет угла стрельбы в реальных атмосферных условиях

По сравнению с различными видами систематических и случайных погрешностей метеорологические данные оказывают большее влияние на точность определения угла стрельбы РСЗО, вооруженной свободными и простыми управляемыми реактивными снарядами. Следовательно, важно в полной мере использовать имеющиеся метеорологические данные, включая фактическое атмосферное давление, виртуальную температуру, скорость и направление ветра.

Существует ряд итерационных формул для расчета точного угла открытия в реальных атмосферных условиях [19].Формулы были тщательно проверены для 155-мм снаряда M107 в качестве примера для сравнения с результатами других формул. Было доказано, что формула (15) предпочтительнее других итерационных формул, и именно итерационная формула (15) используется в данной статье. Как только итерационная формула определена, начальные значения для первых двух итераций имеют большое значение для минимизации количества итераций, из которых угол открытия для первой итерации получается с использованием установленного функционального соотношения между углом открытия и различные воздействующие факторы.

Позвольте быть диапазоном, соответствующим фактическим атмосферным условиям, и угол открытия, соответствующий стандартным атмосферным условиям. Пусть — угол обстрела, соответствующий дальности в реальных атмосферных условиях, а — дальность, соответствующая в стандартных атмосферных условиях. Два основных предположения даются следующим образом.

Допущение 1. Разница между и равна разнице между и ; а именно, .

Предположение 2. Разница между и равна разнице между и ; а именно, .

Однако существует неизбежный случай, когда диапазон находится вблизи минимального или максимального диапазона, что может привести к тому, что он окажется меньше минимального диапазона или больше максимального диапазона при стандартных атмосферных условиях. В этом случае, если для прогнозирования все же будут использоваться метамодели, это может привести к резкому снижению точности прогноза. Для решения этой проблемы предлагается эффективный метод расчета по диапазонам и , как показано ниже.

Если есть или такие, что , затем следуйте предположению 1 для расчета, а также соответствующий угол открытия в стандартных атмосферных условиях, и впоследствии получается . Точно так же, если существует или такое, что , то следуйте предположению 2, чтобы вычислить непосредственно по . Что касается других случаев, когда и , затем рассчитывается на основе предположений 1 и 2. Подводя итог, мы получаем следующее выражение для ,

Подробные шаги для расчета угла открытия в реальных атмосферных условиях резюмируются следующим образом.

Шаг 1. На основании установленной функциональной связи между углом открытия и различными влияющими факторами вычислить угол открытия, соответствующий заданным , , , , , и .

Шаг 2. Используя программу траектории с шестью степенями свободы, рассчитайте диапазон, соответствующий реальным атмосферным условиям.

Шаг 3. На основании установленной функциональной связи между максимальной дальностью и различными влияющими факторами вычислить максимальную дальность, соответствующую заданным , , , , и .

Шаг 4. Проверить, удовлетворяет ли , и если да, то рассчитать соответствующий угол открытия исходя из установленной функциональной связи между углом открытия и различными влияющими факторами.

Шаг 5. Рассчитайте разницу расстояний между и на , а затем рассчитайте диапазон на .

Шаг 6. Проверить, удовлетворяет ли , и если да, то рассчитать соответствующий угол открытия исходя из установленной функциональной связи между углом открытия и различными влияющими факторами.

Шаг 7. Рассчитайте по следующему уравнению: а затем рассчитайте дальность, соответствующую реальным атмосферным условиям, используя программу траектории с шестью степенями свободы.

Шаг 8. Получив итеративные начальные значения и соответствующие им диапазоны , , на основе программы траектории с шестью степенями свободы, итерируем формулу (15) до тех пор, пока не будет выполнен критерий сходимости (16).

4. Тематические исследования

Рассмотренные здесь тематические исследования направлены на выявление эффективности метода расчета угла выстрела для РСЗО как в стандартных, так и в реальных атмосферных условиях.В таблице 2 приведены влияющие факторы и диапазоны их изменения, где мил — единица углового измерения, используемая в артиллерии, равная 1/6400,00 полного оборота.

Факторы Единицы Нижняя граница Верхняя граница B 0 ° 0.00 70,00 Н 0 м 0,00 5000,00 Т мил 0,00 6400.00 R г г км 80.00 300.00 300.00 H T M млн ​​ 5000.00 9 T S ° C -45.00 55.00 55.00 6

4.1. Случай 1: Расчет угла стрельбы в стандартных атмосферных условиях

Моделирование траектории с шестью степенями свободы основано на Международной стандартной атмосфере (ISO 2533:1975). Планирование экспериментов осуществляется для шести влияющих факторов с помощью ЛХС, а общее количество обучающих и тестирующих выборок составляет 9000 и 5000 соответственно.Углы обстрела, соответствующие различным расчетным точкам, получаются с использованием подхода итеративного поиска и программы траектории с шестью степенями свободы, описанной в разделе 3.1.

Таблица 3 показывает точность предсказания PRS с различными порядками. Что касается порядков PRS от 1 до 9, точность предсказания может быть значительно улучшена с увеличением порядка. Легко видеть, что мощность предсказания относительно низка для обычно используемых порядков PRS в диапазоне от 1 до 4.Что касается предсказания угла открытия, MAE, MRE и RMSE для PRS 4-го порядка составляют 7,055 мил, 0,701% и 1,424 мил соответственно, что указывает на то, что PRS низкого порядка не имеет возможности аппроксимировать очень сложные функциональное отношение. По сравнению с PRS низшего порядка PRS высокого порядка имеет более высокую точность прогнозирования угла стрельбы, а MAE, MRE и RMSE 9-го PRS составляют 1,047 мил, 0,101% и 0,103 мил соответственно. Кроме того, для дальнейшей оценки точности прогнозирования PRS с разными порядками одновременно анализируется ошибка дальности, вызванная ошибкой прогнозирования угла стрельбы, которая имеет ту же тенденцию изменения, что и угол стрельбы, и MAE, МРЭ, а СКО 9-го ПСП — 291.49 м, 0,185% и 51,08 м соответственно. Таким образом, ПСП высокого порядка предпочтительнее установления сильно нелинейной функциональной связи между углом открытия и , , , , , .

0 9046 97 2.721 7 1.509 7 0.166 1 1 6 9049 Заказать Угол обжига 9040 MAE (MIL) MRE (%) RMSE (MIL) MAE (м) MRE (%) RMSE (м) 1 58.774 5,562 13,584 18751,03 12,476 7165,87 2 27,953 3,535 8,638 12062,80 9,439 4817,94 3 11,159 1,383 2.721 4410,95 4410.95 3.394 1463.24 4 7.055 0,701 1,424 2893.34 +1,362 752,29 5 4,789 0,463 0,673 1436,73 0,695 336,77 6 2,976 0,288 0,372 898,42 0,512 180.78 180.78 7 2122 0.204 0.215 0.215 589.93 0.232 102.04 8 0,146 0,137 422,01 0,244 64,78 9 1,047 0,101 0,103 291,49 0,185 51,08 10 2,052 0,248 0.166 1308.71 0.501 94.99 94.99 94.99 5 9

С точки зрения прогнозирования угла стрельбывания Функция корреляции значительно влияет на точность прогнозирования Кригинга с функцией тренда 4-го PR , как показано в таблице 4.Очевидно, что все предикторы Кригинга с разными корреляционными функциями имеют более высокую точность предсказания по сравнению с результатами предсказания PRS низкого порядка при одинаковых условиях. Тем не менее корреляционная функция по-прежнему играет существенную роль в кригинге. Представляющие большой интерес корреляционные функции Гаусса, Сплайна и Куба демонстрируют многообещающую способность предсказывать угол открытия, который имеет параболическое поведение вблизи начала координат. В частности, корреляционные функции Гаусса и Сплайна очень похожи с точки зрения точности предсказания.Однако если в качестве корреляционных функций выбраны функции Linear, Exp и Spherical с линейным поведением вблизи начала координат, эффективность прогнозирования будет относительно низкой.

9 9046 9 Угол обжига Range MAE (MIL) MRE (%) RMSE (MIL) 0.809 0,080 0,099 286,63 0,108 51,45 Exp 2,242 0,223 0,227 664,52 0,250 85,75 Гаусс 0,865 0,083 0.084 0.084 243.33 0.094 394 39.71 Линейный 2,426 2.426 0.233 0.233 674.98 0,262 93,47 Matern32 1,667 0,161 0,150 465,00 0,180 60,81 Matern52 1,192 0,115 0,121 332,74 0,152 53.66 53.66 Сферический 2.330 0.224 0.221 0.221 649,45 0.251 83.96 83.96 Spline 0.738 0.074 0.084 0.087 262.95 0.103 44.97 44.97 5

Групповая PRS (Prsho, заказ = 9) и предикторов Kriging с Cubic (Krcub) (KRexp), Gauss (KRgau), линейная (KRlin), Matern32 (KRmat32), Matern52 (KRmat52), сферическая (KRsph) и сплайновая (KRspl) корреляционные функции используются для построения ЭМ. Веса EM рассчитываются с использованием алгоритма TLBO и инициализируют параметры оптимизации размера популяции N _P =30 и количества поколений N _G =600.Оптимизированные веса, соответствующие Prsho, Krcub, Krexp, Krgau, Krlin, Krmat32, KRMAT52, KRSPH и KRSPL 0.139072, 0.146959, 0,000076, 0,363127, 0,000073, 0,000255, 0,000681, 0,0000082 и 0,349675 соответственно и сумма веса, соответствующие PRSho, KRcub, KRgau и KRspl, равны 0,998833, что свидетельствует о том, что указанные четыре метамодели играют ключевую роль в построении ЭМ. Что касается предсказания угла открытия, MAE, MRE и RMSE для ЭМ составляют 0,698 мил, 0.068% и 0,071 мил соответственно. С точки зрения ошибки дальности, вызванной ошибкой прогнозирования угла стрельбы, MAE, MRE и RMSE EM составляют 195,08 м, 0,076% и 35,92 м соответственно. Очевидно, что EM превосходит другие отдельные метамодели. В свете вышеприведенного анализа можно сделать вывод, что ПРШо, КРкуб, КРгау, КРспл и ЭМ имеют более высокую точность предсказания.

Распределения абсолютных ошибок угла открытия и дальности пяти метамоделей показаны на рисунках 2 и 3.Согласно рисунку 2, для каждой из пяти метамоделей тестовые образцы с абсолютной погрешностью угла стрельбы менее 0,15 и 0,30 мил составляют более 91,16% и 98,24% соответственно. Как показано на рисунке 3, доля тестируемых образцов с абсолютной погрешностью дальности менее 50 м и 100 м составляет более 70,00% и 95,48% соответственно. Приведенные выше результаты еще раз подтверждают эффективность метода расчета угла раскрытия в стандартных атмосферных условиях.

(a) Общее распределение
(b) Частичное усиление части P1
(a) Общее распределение
(b) Частичное усиление части P1 6 (004) Общее распределение (0) b) Частичное усиление части P2
(a) Общее распределение
(b) Частичное усиление части P2

Время выполнения программы сильно зависит от среды программирования и используемой вычислительной платформы.На основе установленных метамоделей ПРШо, КРкуб, КРгау, КРспл и ЭМ для прогнозирования угла стрельбы написаны пять программ на языке Microsoft Visual C++ 6.0. Каждая программа работает на ПК с процессором Intel(R) Core(TM) i5-6300HQ с тактовой частотой 2,30 ГГц, 4 ГБ ОЗУ, Windows 7 (64-разрядная). Время выполнения различных метамоделей для расчета угла открытия показано на рисунке 4, где время выполнения каждой метамодели представляет собой среднее время выполнения 5000 случаев тестирования. Совершенно очевидно, что время выполнения четырех отдельных метамоделей меньше 0.9 мс, а PRSho и KRspl — самые быстрые и самые медленные метамодели со временем выполнения 0,03676 мс и 0,82525 мс соответственно. Что касается времени выполнения ЭМ, то оно составляет 2,23317 мс, что все же намного меньше требуемого времени работы системы управления огнем, измеряемого в секундах. Таким образом, на основе вышеприведенного анализа скорости прогнозирования угла открытия проверяется осуществимость метода расчета угла открытия в стандартных атмосферных условиях.

На рисунках 5 и 6 ясно показано, как эффективность прогнозирования метамоделей зависит от размера обучающей выборки.Обучающие выборки разных размеров генерируются независимо на основе LHS. Предикторы PRSho, соответствующие размеру обучающей выборки от 3000 до 21000 с шагом 3000, имеют порядки 7, 8, 9, 9, 10, 10 и 10 соответственно. ЭМ угла стрельбы, соответствующие разным обучающим выборкам, строятся так же, как ЭМ с 9000 обучающими выборками, поэтому оптимизированные веса, соответствующие разным обучающим выборкам, различны. Что касается ошибки прогнозирования угла стрельбы и вызывающей ее ошибки дальности, неудивительно, что RMSE каждой метамодели показывает тенденцию к снижению с размером обучающей выборки.В частности, если количество обучающих выборок меньше 9000, RMSE каждой метамодели значительно уменьшается с увеличением размера обучающей выборки, что указывает на то, что эффективность прогнозирования может быть значительно улучшена при увеличении размера обучающей выборки, а PRShо имеет наиболее значительное снижение. Однако, несмотря на то, что размер обучающей выборки превышает 9000, RMSE каждой метамодели уменьшается относительно медленно, что указывает на то, что 9000 обучающих выборок достаточно для достижения достаточно хорошей производительности прогнозирования.MAE и MRE каждой метамодели имеют схожие тенденции изменения, и тогда в качестве примера берется KRgau. Что касается предсказания угла стрельбы, MAE и MRE KRgau составляют 1,494 мил и 0,150% соответственно при размере обучающей выборки 3000, но они уменьшаются до 0,865 мил и 0,083% с 9000 обучающими выборками и далее уменьшаются до 0,451 мил. и 0,043% с 21000 обучающих выборок.

4.2. Случай 2: Расчет максимального угла дальности и максимальной дальности в стандартных атмосферных условиях

Исследование методов расчета максимального угла дальности и максимальной дальности в стандартных атмосферных условиях проводится с использованием PRS, кригинга и ЭМ.В качестве метода планирования экспериментов выбирается ЛГС, а диапазоны варьирования влияющих факторов , , , и приведены в табл. 2. Затем получают обучающую и тестирующую выборки размерами 500 и 1000 соответственно. После этого устанавливаются функциональные отношения между максимальным углом дальности, максимальной дальностью и , , , , .

Влияние порядка PRS на точность прогнозирования максимального угла дальности показано в таблице 5. Очевидно, что для порядка в диапазоне от 1 до 5 эффективность прогнозирования может быть существенно улучшена с увеличением порядка, а 5-й PRS имеет лучшую производительность прогнозирования.Что касается прогноза максимального угла дальности, MAE, MRE и RMSE 5-го PRS составляют 0,949 мил, 0,090% и 0,122 мил, соответственно. Между тем, максимальная ошибка дальности, вызванная ошибкой прогнозирования максимального угла дальности, анализируется для дальнейшей оценки эффективности прогнозирования, а MAE, MRE и RMSE 5-го PRS составляют 202,86 м, 0,089% и 29,81 м соответственно. По сравнению с результатами прогнозирования 5-го PRS точность прогнозирования 6-го PRS значительно снижается. В то время как порядок PRS больше 6, доступных обучающих выборок недостаточно, что приводит к неточной оценке параметров регрессии.Таким образом, на основании приведенного выше анализа мы делаем вывод, что соответствующий порядок имеет большое значение для повышения точности предсказания PRS.

97 0.692 9040 9040 Заказать Максимальный диапазон диапазона Максимальный диапазон MAE (MIL) MRE (%) RMSE (%) RMSE (MIL 11.441 +1,124 4,231 3328,52 1,362 1041,31 2 8,509 0,873 3,077 2501,27 1,059 767,22 3 3,690 0,350 0.692 864.47 0.382 0.382 171.82 4 2605 0.259 0.259 0.499 697.64 0.В 300 124,37 5 0,949 0,090 0,122 202,86 0,089 29,81 6 1,787 0,168 0,174 479,80 0,195 43.12 Учитывая фактическую необходимость прогнозирования максимальной дальности, соответствующей заданным , , , , и при стандартных атмосферных условиях, устанавливается функциональная связь между максимальной дальностью и пятью вышеперечисленными влияющими факторами непосредственно с помощью PRS, а результаты прогнозирования проиллюстрированы в таблице 6.Легко видеть, что точность прогнозирования с порядком имеет ту же тенденцию изменения, что и PRS для прогнозирования максимального угла дальности, а 5-й PRS имеет самую высокую точность прогнозирования с MAE, MRE и RMSE, равными 746,63 м, 0,314% и 77,39 м соответственно. 0 97396 9 9040 MAE (M) MAE (%) MRE (M) RMSE (M) 1 5929 .71 +2,249 1995,12 2 4084,98 1,456 1285,65 3 2431,36 0,988 369,05 4 1102,10 0,392 220,33 5 5 746.63 946.63 0.314 77.39 9 1028.23 0.410 110.31 Отсутствует прогноз угла максимального диапазона, Таблица 7 влияние корреляционной функции на точность прогноза кригинга с функцией тренда 2-го ПРС.Легко заметить, что все предикторы Кригинга с различными функциями корреляции демонстрируют хорошие результаты предсказания. С точки зрения различных корреляционных функций, сплайн занимает первое место по производительности прогнозирования, что иллюстрирует, что корреляционная функция сплайна является наиболее предпочтительной для прогнозирования максимального угла дальности, а за ней, в свою очередь, следуют Cubic, Gauss, Matern52 и Matern32. Кроме того, каждый из предикторов Кригинга с пятью вышеперечисленными корреляционными функциями имеет лучшую эффективность предсказания по сравнению с предикторами 5-го PRS при идентичных условиях.Однако предикторы Кригинга с функциями корреляции Exp, Linear и Spherical демонстрируют возможности прогнозирования, аналогичные 5-му PRS. 7 0.073 Наул корреляции Максимальный диапазон диапазона Максимальный диапазон MAE (MIL) MRRE (%) RMSE (%) мил) MAE (м) MRE (%) RMSE (м) Кубический 0.318 0,032 0,062 93,58 0,037 15,53 Exp 0,720 0,074 0,121 213,22 0,088 30,26 Гаусс 0,385 0,036 0.073 95.81 0.039 18.29 18.29 Linear 0.753 0.079 0.079 0.122 223.23 0.090 30,40 Matern32 0,613 0,064 0,099 182,36 0,075 24,29 Matern52 0,427 0,040 0,076 103,39 0,043 18.87 Сферический 0.686 0.072 0,121 0.121 207.54 0.084 29.95 29,95 Spline 0.309 0.029 0.029 0.060 58.02 0.025 14.71 14.71 9046 7 5

Таблица 8 показано, как производительность Kriging для прогнозирования максимального диапазона зависит от функции корреляции. Очевидно, что корреляционная функция оказывает важное влияние на эффективность прогнозирования, а эффективность прогнозирования с помощью корреляционной функции имеет ту же тенденцию изменения, что и кригинг для прогнозирования максимального угла дальности.По сравнению с 5-м PRS все предикторы Кригинга с восемью корреляционными функциями имеют более высокие характеристики предсказания, и особенно характеристики предикторов Кригинга с кубическими и сплайновыми функциями корреляции намного лучше, чем предикторы Кригинга с другими корреляционными функциями, что иллюстрирует, что Предикторы кригинга с функциями корреляции Spline и Cubic вполне способны предсказывать максимальный диапазон.

97 0.147 Mae (M) MAE (M) MRE (%) RMSE (M) CUBIC 61.45 от 0,025 11,53 Exp 363,70 0,124 59,98 Гаусс 135,14 0,057 31,80 Линейный 372,36 0,127 60,67 Matern32 286.50 0.104 0.104 146,48 146,48 0.061 33.42 Spherical 351.18 0.147 59.27 Спинь 50.026 0.021 10.021 10.026 99

Prsho (Заказ = 5) и kriging Predictors с восемью корреляционными функциями используются для построить ЭМ максимального угла дальности и получить соответствующие веса с помощью алгоритма TLBO с начальными параметрами N _P =22 и N _G =500.Оптимизированные веса, соответствующие ПРШо, КРкуб, КРэксп, КРгау, КРлин, КРмат32, КРмат52, КРсф и КРспл, составляют 0,004214, 0,288490, 0,004953, 0,199488, 0,003182, 0,017866, 0,15 и 3,00068, 0,00068 соответственно. Таким образом, первое место в пропорции занимает KRspl, за ним по очереди идут KRcub, KRgau и KRmat52. Более того, сумма весов, соответствующих KRcub, KRgau, KRmat52 и KRspl, равна 0,964232, что указывает на то, что указанные четыре метамодели играют основную роль в построении ЭМ.Что касается прогнозирования максимального угла дальности, MAE, MRE и RMSE для ЭМ составляют 0,259 мил, 0,026% и 0,045 мил соответственно, а максимальная ошибка дальности, вызванная ошибкой прогнозирования максимального угла дальности, анализируется одновременно с MAE, MRE и RMSE составляют 50,07 м, 0,021% и 10,93 м соответственно. Таким образом, ЭМ явно превосходит другие отдельные метамодели. На основании вышеприведенного анализа можно сделать вывод, что KRcub, KRgau, KRmat52, KRspl и EM имеют более высокую точность предсказания.

Аналогично вышеописанным способом строится ЭМ максимальной дальности и получаются оптимизированные веса, среди которых оптимизированные веса, соответствующие KRcub и KRspl, составляют 0,2 и 0,696638 соответственно. За исключением KRcub и KRspl, сумма оптимизированных весов, соответствующих предикторам PRSho и Kriging с другими корреляционными функциями, составляет 0,011337, что в основном связано с тем, что KRcub и KRspl имеют заведомо более высокую точность предсказания, чем у PRSho. и кригинга с другими корреляционными функциями, и, следовательно, точность прогноза ЭМ в основном зависит от точности прогноза KRcub и KRspl.MAE, MRE и RMSE EM составляют 46,84 м, 0,019% и 10,47 м соответственно. Очевидно, что точность предсказания ЭМ несколько выше, чем у KRspl.

4.3. Случай 3: Расчет угла обзора в реальных атмосферных условиях

На основе ежемесячных метеорологических данных ниже 30 км, предоставленных дюжиной станций наблюдения в период с 1990 по 1995 год, для проверки проводится тематическое исследование расчета угла обзора в реальных атмосферных условиях. метод, описанный в разделе 3.3. Метеорологические данные адекватны по пространственному охвату и включают различные метеорологические переменные, такие как температура, атмосферное давление, относительная влажность, скорость ветра, направление ветра, виртуальная температура и солнечное излучение. При каждой из разновидностей реальных атмосферных условий в качестве широты пусковой установки, возвышения пусковой установки и температуры топлива выбираются соответственно широта, высота и температура поверхности земли положения метеостанции, а LHS принято для создания 100 расчетных точек для влияющих факторов , и с диапазонами изменения, показанными в таблице 2.Если заданное значение больше максимального диапазона в реальных атмосферных условиях, необходимо только рассчитать количество итераций, соответствующее максимальному диапазону. На основании установленных функциональных соотношений в разделах 4.1 и 4.2 при объемах выборки 9000 и 500 соответственно, из которых функциональная связь между максимальным размахом и , , , , устанавливается с помощью KRspl, и распределений числа итераций в конечном итоге получаются, как показано на рисунках 7 и 8.

(a) Общее распределение
(b) Частичное усиление части P3
(a) Общее распределение
(b) Частичное усиление части P3 6 (0) 3 b) Частичное усиление части P4
(a) Общее распределение
(b) Частичное усиление части P4

виртуальная температура.Что касается расчета угла открытия, соответствующего каждой из пяти метамоделей, максимальное количество итераций равно 4, а пропорции, соответствующие количеству итераций 1, 2, 3 и 4, превышают 1,49%, 78,19%, 18,05% и 0,08. %, соответственно. Таким образом, числа итераций 2 и 3 занимают первое и второе место в пропорции, а за ними по очереди идут числа итераций 1 и 4. Однако, как и для обычно используемого 4-го ССН, пропорции, соответствующие числу итераций 1, 2, 3 и 4, равны 1.13%, 47,48%, 51,16% и 0,23% соответственно. Очевидно, что эффективность расчета каждой из пяти метамоделей значительно выше, чем у 4-й ПРС, а порядок эффективности расчета от высокого к низкому поочередно — ЭМ, КРгау, КРспл, ПРШо и КРкуб.

На рис. 8 показаны распределения числа итераций пяти метамоделей с учетом атмосферного давления, виртуальной температуры, скорости и направления ветра. Легко видеть, что максимальное количество итераций равно 5 для каждой из пяти метамоделей, а пропорции, соответствующие количеству итераций менее 4, больше 99.88%. Кроме того, количество итераций 2 и 3 составляет наибольшую долю (более 94,81%), тогда как доли, соответствующие количеству итераций 1 и 5, довольно малы и составляют менее 0,96% и 0,12% всех тестируемых выборок соответственно. . Напротив, в отношении 4-й ССН пропорции, соответствующие количеству итераций 1, 2, 3, 4 и 5, составляют 0,78%, 32,45%, 60,29%, 6,29% и 0,19% соответственно. Таким образом, эффективность расчета угла стрельбы каждой из пяти метамоделей значительно повышается по сравнению с таковой 4-й ПРС, а порядок эффективности расчета от высокого к низкому в свою очередь по-прежнему остается ЭМ, КРгау, КРспл, ПРШо и КРкуб. .

С другой стороны, сравнивая распределения числа итераций, показанные на рис. 7, мы видим, что максимальное число итераций увеличивается для каждой из пяти метамоделей, если учитывать скорость и направление ветра, а также пропорции, соответствующие номерам итераций 1 и 2, заметно снижены, из которых последняя имеет сокращение более чем на 30,01%. Однако пропорции, соответствующие номерам итераций 3 и 4, значительно увеличены, из которых первая имеет приращение более 26.41%.

5. Заключение

На основе данных большой выборки функциональная связь между углом стрельбы и шестью влияющими факторами установлена ​​с использованием PRS, Кригинга и ЭМ, которые эффективно решают проблему быстрого расчета угла стрельбы для РСЗО в стандартных атмосферных условиях. На этой основе, вместе с установленной функциональной связью между максимальной дальностью и пятью влияющими факторами, с использованием предложенного подхода итеративного поиска и траекторной программы с шестью степенями свободы эффективно решена и задача расчета угла стрельбы в реальных атмосферных условиях.Основные выводы этого исследования заключаются в следующем.

Что касается расчета угла стрельбы в стандартных атмосферных условиях, то ПРШо, КРкуб, КРгау, КРспл и ЭМ имеют более высокую точность прогноза по сравнению с другими метамоделями, а порядок точности прогноза при объеме обучающей выборки 9000 от от высокого к низкому, в свою очередь, EM, KRgau, KRspl, KRcub и PRSho. Кроме того, для размера обучающей выборки менее 9000 точность прогнозирования каждой из пяти вышеупомянутых метамоделей значительно улучшается с увеличением размера обучающей выборки, тогда как она немного улучшается, когда размер обучающей выборки превышает 9000.

KRcub, KRgau, KRmat52, KRspl и EM имеют лучшие характеристики для прогнозирования максимального угла дальности в стандартных атмосферных условиях по сравнению с другими метамоделями при размере обучающей выборки 500, а KRcub и KRspl особенно подходят для прогнозирования максимальный диапазон.

Методы расчета угла стрельбы и угла максимальной дальности на основе метамоделей отличаются высокой точностью и быстрым быстродействием, что может дать новое решение расчета данных стрельбы для РСЗО в стандартных атмосферных условиях.

Предлагаемый метод расчета угла обстрела в реальных атмосферных условиях позволяет эффективно сократить количество итераций и, таким образом, значительно повысить быстродействие РСЗО.

С быстрым развитием таких технологий, как искусственный интеллект и машинное обучение, исследования и применение расчета угла стрельбы для РСЗО также получат в ближайшем будущем значительный прогресс.

Доступность данных

Мы сожалеем, что доступ к данным на данный момент ограничен.Данные, использованные для поддержки результатов этого исследования, не были предоставлены из-за защиты технической конфиденциальности и конфиденциальности.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Эта работа поддерживается Инновационной программой последипломных исследований и практики провинции Цзянсу (грант № KYCX17_0392).

Методы включения SCR | Запуск SCR (напряжение, температура, затвор)

В этом уроке мы узнаем о методах включения SCR.Существует несколько методов включения SCR, зависящих от различных параметров, таких как напряжение, температура и т. д. Мы рассмотрим некоторые из наиболее часто используемых методов включения SCR.

Введение

Прежде чем рассматривать различные способы включения SCR, т. е. различные методы включения SCR, давайте кратко повторим некоторые важные основы выпрямителя с кремниевым управлением или просто известного как SCR. SCR, который является важным членом семейства тиристоров, представляет собой полупроводниковый прибор с четырьмя слоями, тремя переходами и тремя выводами.На следующем изображении показаны структура и символ типичного SCR.

SCR состоит из четырех чередующихся слоев полупроводникового материала p-типа и n-типа. Внешняя область «p» подключена к аноду (A), а внешняя область «n» подключена к катоду (K). Внутренняя область «p» связана с третьим терминалом, называемым Воротами (G).

SCR по сути является коммутатором. В отличие от транзистора, который может действовать как переключатель, но также и как усилитель, SCR — это только переключатель, который либо включен, либо выключен.SCR имеет два стабильных состояния, а именно: состояние прямой блокировки и состояние прямой проводимости. Есть и другие состояния, но эти два важны, и поэтому мы сосредоточимся только на них.

Переключение SCR из состояния прямой блокировки (состояние OFF) в состояние прямой проводимости (состояние ON) известно как процесс включения SCR. Это также называется триггером.

Критерий срабатывания SCR зависит от нескольких переменных, таких как напряжение питания, ток затвора, температура и т. д.Существуют различные способы срабатывания SCR, чтобы он перешел в состояние ON. Давайте кратко обсудим некоторые методы включения SCR.

Методы включения SCR (запуск SCR)

Возьмем приведенное выше изображение со структурой SCR в качестве эталона. Если анод (внешняя область «p») становится положительным по отношению к катоду (внешняя область «n»), контакты J ₁ и J ₃ становятся смещенными в прямом направлении, а соединение J ₂ становится смещенным в обратном направлении.

В результате через устройство не протекает ток, за исключением небольшой величины тока утечки. Таким образом, даже несмотря на то, что SCR смещен в прямом направлении, ток по-прежнему не течет, и, следовательно, это состояние известно как состояние прямой блокировки (состояние OFF).

ПРИМЕЧАНИЕ. Существует еще одно состояние, известное как состояние обратной блокировки, когда SCR смещен в обратном направлении. Характеристики в этом состоянии аналогичны характеристикам обычного диода. Давайте теперь сосредоточимся на переводе SCR из состояния прямой блокировки в состояние прямой проводимости путем «включения SCR».

SCR можно перевести в проводящее состояние или переключить из состояния блокировки (непроводящего или ВЫКЛ.) в состояние проводимости (ВКЛ.) любым из следующих способов.

1. Запуск прямого напряжения
2. Запуск по температуре
3. dv/dt Запуск
4. Включение света
5. Запуск ворот

Запуск прямого напряжения

В методе запуска с прямым напряжением тиристор смещен в прямом направлении, т. е. анод более положителен, чем катод, но это напряжение значительно увеличивается.Терминал ворот остается открытым.

По мере увеличения напряжения ширина слоя обеднения перехода J ₂ увеличивается, что, в свою очередь, увеличивает ускоряющее напряжение неосновных носителей на этом переходе. При определенном напряжении во внутреннем переходе J ₂ произойдет лавинный пробой в результате столкновения неосновных носителей заряда с атомами и высвобождения еще большего количества неосновных носителей заряда.

Это напряжение известно как прямое напряжение отключения V _BO .При этом напряжении переход J ₂ становится смещенным в прямом направлении, и тринистор переходит в состояние проводимости. Через тринистор протекает большой ток (от анода к катоду, который ограничен сопротивлением нагрузки) при очень низком падении напряжения на нем.

Во время включения прямое падение напряжения на SCR находится в диапазоне от 1 до 1,5 В, и оно может увеличиваться с увеличением тока нагрузки.

На практике этот метод не используется, поскольку требует очень большого напряжения между анодом и катодом.А также как только напряжение становится больше, чем V _BO , тринистор включается и через него мгновенно протекает очень большой ток, что может привести к повреждению тринистора. Поэтому в большинстве случаев этого типа запуска избегают.

Запуск по температуре

Этот тип срабатывания также известен как термическое срабатывание, так как SCR включается при нагревании. Обратный ток утечки зависит от температуры. При повышении температуры до определенного значения количество пар дырок также увеличивается.Это вызывает увеличение тока утечки и дополнительно увеличивает коэффициент усиления по току тринистора. Это запускает регенеративное действие внутри ОПЗ, поскольку значение (α1 + α2) приближается к единице (при увеличении коэффициента усиления по току).

При повышении температуры на стыке J ₂ ширина обедненного слоя уменьшается. Итак, когда напряжение прямого смещения близко к V _BO , мы можем включить SCR, увеличив температуру перехода (J ₂ ). При определенной температуре обратное смещение перехода нарушается, и устройство начинает проводить.

Это срабатывание происходит в некоторых случаях, особенно когда температура устройства выше (также называемое ложным срабатыванием). Этот тип срабатывания практически не используется, так как он вызывает тепловой разгон и, следовательно, устройство или тринистор могут быть повреждены.

dv/dt Запуск

В состоянии прямой блокировки, т. е. анод более положительный, чем катод, контакты J ₁ и J ₃ смещены в прямом направлении, а соединение J ₂ смещено в обратном направлении.Таким образом, переход J ₂ ведет себя как конденсатор (J ₁ и J ₃ как проводящие пластины с диэлектриком J ₂ ) за счет объемных зарядов в области обеднения.

Зарядный ток конденсатора определяется как:

 I _C = dQ / dt

 = d(C _j v) / dt

Используя правило дифференциации продукта, мы получаем

 = C _j dv / dt + v dC _j  / dt

Поскольку емкость перехода всегда почти постоянна, мы можем пренебречь скоростью изменения емкости перехода dC _j / dt.Итак, окончательный ток зарядки:

 I _C = C _j dv/dt

где, I _C — зарядный ток

C _j  является емкостью перехода

.

Q это плата

В — напряжение, приложенное к устройству

dC _j / dt скорость изменения емкости перехода

dv/dt — скорость изменения приложенного напряжения

Из приведенного выше уравнения, если скорость изменения приложенного напряжения велика (т.т. е. подается внезапно), то протекание зарядного тока увеличится, что приведет к включению тринистора без какого-либо напряжения на затворе.

Понятно, что мы можем включить SCR, просто увеличив скорость изменения напряжения на устройстве, а не прикладывая большое прямое напряжение смещения (как мы сделали в предыдущем случае). Тем не менее, этот метод также практически избегается, потому что он может вызвать ложное включение, а также может вызвать очень высокие скачки напряжения на SCR, что приведет к его значительному повреждению.

Включение света

SCR, включенный световым излучением, также называется Light Activated SCR (LASCR). Следовательно, срабатывание по свету также известно как срабатывание по излучению. Как правило, этот тип запуска используется в преобразователях с фазовым управлением в системах передачи HVDC.

В этом методе световые лучи с соответствующей длиной волны и интенсивностью падают на соединение J ₂ . Бомбардируемые энергетические частицы света (нейтроны или фотоны) вызывают разрыв электронных связей, в результате чего в устройстве образуются новые электронно-дырочные пары.

По мере увеличения количества носителей заряда происходит мгновенное увеличение тока, что приводит к включению тиристора.

ПРИМЕЧАНИЕ: Для успешного включения тиристора с помощью светового излучения скорость изменения приложенного напряжения (dv/dt) должна быть высокой.

Запуск ворот

Это наиболее распространенный и наиболее эффективный способ включения SCR. Когда SCR смещен в прямом направлении, достаточное положительное напряжение на выводе затвора вводит некоторое количество электронов в переход J ₂ .Это приводит к увеличению обратного тока утечки и, следовательно, пробой перехода J ₂ происходит даже при напряжении ниже V _BO .

В зависимости от размера тиристора ток затвора варьируется от нескольких миллиампер до 250 миллиампер и более. Если приложенный ток затвора больше, то больше электронов инжектируется в переход J ₂ и приводит к переходу в состояние проводимости при гораздо более низком приложенном напряжении.

В методе запуска затвора положительное напряжение прикладывается между выводами затвора и катода.Мы можем использовать три типа стробирующих сигналов для включения SCR. Это сигнал постоянного тока, сигнал переменного тока и импульсный сигнал.

Запуск затвора постоянного тока

При этом запуске достаточное постоянное напряжение прикладывается между клеммами затвора и катода таким образом, что затвор становится положительным по отношению к катоду. Ток затвора переводит SCR в режим проводимости.

В этом методе на затвор подается непрерывный сигнал затвора (напряжение постоянного тока), что вызывает внутреннее рассеивание мощности (или дополнительные потери мощности).Другим важным недостатком является отсутствие изоляции между цепями питания и управления (поскольку они оба постоянного тока).

Запуск переменного тока

Это наиболее часто используемый метод включения SCR, особенно в приложениях переменного тока. При надлежащей изоляции между силовыми цепями и цепями управления (с использованием трансформаторов) тринистор срабатывает от переменного напряжения с фазовым сдвигом, полученного от основного источника питания. Угол открытия управляется изменением фазового угла стробирующего сигнала.

Однако для привода затвора доступна только половина цикла для управления углом открытия, а в течение следующей половины цикла между затвором и катодом подается обратное напряжение.Это одно из ограничений запуска по переменному току, а другое — потребность в отдельном понижающем или импульсном трансформаторе для подачи напряжения на привод затвора от основного источника питания.

Запуск по импульсу

Самый популярный способ срабатывания тиристора – импульсное срабатывание. В этом методе на затвор подается одиночный импульс или последовательность высокочастотных импульсов.

Основным преимуществом этого метода является то, что привод затвора является прерывистым или не требует непрерывных импульсов для поворота тринистора, и, следовательно, потери затвора уменьшаются в большей степени за счет применения одиночных или периодически появляющихся импульсов.Для изоляции привода затвора от сети используется импульсный трансформатор.

Характеристики переключения при динамическом включении SCR

Динамические процессы тиристора — это процессы включения и выключения, в которых как напряжение, так и ток тиристора изменяются во времени. Переход из одного состояния в другое занимает конечное время, но не происходит мгновенно.

Статические или VI характеристики SCR не указывают на скорость, с которой SCR переключился в режим прямой проводимости из режима прямой блокировки.Следовательно, динамические характеристики иногда более важны, что дает характеристики переключения тиристора.

Будет конечное время перехода, которое требуется SCR для достижения режима прямой проводимости из режима блокировки, которое называется временем включения (t _ON ) SCR. Время включения SCR Ton можно разделить на три отдельных интервала, а именно: время задержки t _d , время нарастания t _r и время расширения t _s .

Время задержки (t

_d )

Время задержки измеряется от момента, когда ток затвора достигает 90 процентов от своего конечного значения, до момента, когда анодный ток достигает 10 процентов от своего конечного значения.Его также можно определить как время, необходимое анодному напряжению для снижения от начального значения анодного напряжения V _a до 0,9 В _a .

Рассмотрим рисунок ниже и заметим, что до момента времени td тиристор находится в режиме прямой блокировки, поэтому анодный ток представляет собой небольшой ток утечки. Когда подается сигнал затвора (при 90 процентах от I _g ), ток затвора достигает 0,1 I _a , а также, соответственно, напряжение между анодом и катодом падает до 0,9 В _a .

При подаче сигнала затвора будет неравномерное распределение тока по поверхности катода, поэтому плотность тока на выводе затвора намного выше. И она быстро уменьшается по мере увеличения расстояния от ворот. Следовательно, время задержки t _d представляет собой время, в течение которого анодный ток протекает в узкой области, где плотность тока (ток затвора) максимальна.

Время нарастания (t

_r )

Это время, за которое ток анода увеличивается с 10 до 90 процентов от его конечного значения.Также определяется как время, необходимое для падения напряжения прямой блокировки с 0,9 В _a до 0,1 В _a . Это время нарастания обратно пропорционально току затвора и скорости его нарастания.

Следовательно, если на затвор подаются высокие и крутые импульсы тока, это может значительно уменьшить время нарастания t _r . Кроме того, если нагрузка индуктивная, время нарастания будет больше, а для резистивной и емкостной нагрузки оно меньше.

В течение этого времени потери при включении в SCR высоки из-за большого анодного тока и высокого анодного напряжения.Это может привести к образованию локальных горячих точек и, как следствие, к повреждению тиристора.

Время распространения (t

_с )

Это время, необходимое для падения напряжения прямой блокировки с 0,1 В _до до падения напряжения в состоянии ВКЛ, которое находится в диапазоне от 1 до 1,5 вольт. За это время анодный ток растекался по всей проводящей области ОПЗ от узкой проводящей области. По истечении времени распространения через устройство протекает полный анодный ток с небольшим падением напряжения во включенном состоянии.

Следовательно, общее время включения t _ON составляет:

 t _ON = t _r + t _d + t _s

Типичное значение времени включения составляет от 1 до 4 микросекунд в зависимости от формы сигнала стробирующего сигнала и параметров анодной цепи. Чтобы сократить время включения тиристора, амплитуда импульса затвора должна быть в 3-5 раз больше минимального тока затвора тиристора.

Цепи зажигания SCR

Как мы видели выше, из различных методов срабатывания тиристора, срабатывание затвора является наиболее эффективным и надежным методом.Большинство приложений управления используют этот тип запуска, потому что желаемый момент поворота SCR возможен с помощью метода запуска затвора. Давайте посмотрим на различные схемы зажигания SCR.

Цепь возбуждения сопротивления

• На схеме ниже показано срабатывание сопротивления тиристора, когда он используется для управления нагрузкой от входного источника переменного тока. Комбинированная схема сопротивления и диода действует как схема управления затвором для переключения SCR в желаемое состояние.
• При подаче положительного напряжения тиристор смещается в прямом направлении и не проводит ток до тех пор, пока его ток затвора не превысит минимальный ток затвора тиристора.
• Когда ток затвора подается путем изменения сопротивления R2 таким образом, чтобы ток затвора был больше минимального значения тока затвора, SCR включается. И, следовательно, ток нагрузки начинает течь через SCR.
• Тиристор остается включенным до тех пор, пока ток анода не станет равным току удержания тиристора. И он выключится, когда приложенное напряжение равно нулю. Таким образом, ток нагрузки равен нулю, поскольку SCR действует как открытый переключатель.
• Диод защищает схему управления затвором от обратного напряжения затвора во время отрицательного полупериода входа.А сопротивление R1 ограничивает ток, протекающий через вывод затвора, и его значение таково, что ток затвора не должен превышать максимальный ток затвора.
• Это самый простой и экономичный тип триггера, но ограниченный для нескольких применений из-за его недостатков.
• При этом угол срабатывания ограничен только 90 градусами. Поскольку приложенное напряжение максимально при 90 градусах, ток затвора должен достигать минимального значения тока затвора где-то между 0 и 90 градусами.

Сопротивление – емкость (RC) Цепь зажигания

• Ограничение сопротивления цепи зажигания может быть преодолено с помощью RC-цепи запуска, которая обеспечивает управление углом открытия от 0 до 180 градусов. Изменяя фазу и амплитуду тока затвора, с помощью этой схемы достигается большой разброс угла открытия.
• На рисунке ниже показана схема запуска RC, состоящая из двух диодов с цепочкой RC, подключенной для включения SCR.
• За счет изменения переменного сопротивления угол срабатывания или срабатывания регулируется в полном положительном полупериоде входного сигнала.
• В течение отрицательного полупериода входного сигнала конденсатор заряжается положительной нижней пластиной через диод D2 до максимального напряжения питания Vmax. Это напряжение остается равным -Vmax на конденсаторе до тех пор, пока напряжение питания не достигнет нуля.
• Во время положительного полупериода входа тиристор смещается в прямом направлении, и конденсатор начинает заряжаться через переменное сопротивление до значения напряжения срабатывания тиристора.
• Когда напряжение заряда конденсатора равно напряжению срабатывания затвора, SCR включается, и на конденсаторе сохраняется небольшое напряжение. Таким образом, напряжение на конденсаторе полезно для срабатывания SCR даже после отклонения формы входного сигнала на 90 градусов.
• При этом диод D1 предотвращает отрицательное напряжение между затвором и катодом во время отрицательного полупериода входа через диод D2.

Цепь зажигания UJT

• Это наиболее распространенный метод запуска SCR, поскольку длительные импульсы на затворе с использованием методов запуска R и RC вызывают большее рассеивание мощности на затворе, поэтому при использовании UJT (однопереходного транзистора) в качестве устройства запуска потери мощности ограничены как он производит серию импульсов.
• Сеть RC подключена к терминалу эмиттера UJT, который формирует схему синхронизации. Конденсатор фиксирован, в то время как сопротивление является переменным, и, следовательно, скорость зарядки конденсатора зависит от переменного сопротивления, что означает контроль постоянной времени RC.
• При подаче напряжения конденсатор начинает заряжаться через переменное сопротивление. Изменяя значение сопротивления, напряжение на конденсаторе меняется. Как только напряжение на конденсаторе становится равным пиковому значению UJT, он начинает проводить и, следовательно, выдает импульсы на выходе до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не сравняется с напряжением впадины Vv UJT.Этот процесс повторяется и генерирует серию импульсов на базовом терминале 1.
• Импульсный выход на базовой клемме 1 используется для включения тиристора через заданные интервалы времени.

Заключение

Полное руководство по различным типам методов включения SCR.