Принцип работы магнето

Магнето — устройство и принцип действия

В 1887 году немецкий инженер и изобретатель Роберт Бош, владелец одноименной компании, разработал и запатентовал первую систему зажигания на основе магнето. Все началось с того, что один из клиентов компании заказал разработку системы зажигания для своего газового двигателя, и вскоре заказ был выполнен. Позже выявились некоторые недостатки, и устройство было доработано. В результате к 1890 году компания Robert Bosch GmbH уже выполняла крупные заказы на системы зажигания на принципе магнето, которые стали поступать отовсюду в огромном количестве.

Спустя семь лет, в 1897 году, устройство было в конце концов адаптировано и для транспортного средства, поскольку компании «Daimler» потребовалось разработать зажигание для трицикла De Dion Bouton. Так проблема зажигания для автомобильных двигателей внутреннего сгорания, работавших на высоких оборотах, была наконец решена. Еще через пять лет, в 1902 году, ученик Роберта Боша, Готтлоб Хонольд, усовершенствовал зажигание на магнето, добавив свечу зажигания, и таким образом сделал устройство универсальным.

Так что же такое магнето? Как оно устроено и работает? Все очень просто, как и все гениальное. Магнето представляет собой генератор переменного тока, в котором роль индуктора выполняет постоянный магнит, приводимый во вращение внешней силой. Магнитный ротор создает вращаясь переменный магнитный поток, который и наводит ЭДС в катушке статора.

Типичное магнето автомобильной системы зажигания содержит обмотки низкого и высокого напряжения. Обмотка низкого напряжения имеет в своей цепи прерыватель и конденсатор, а обмотка высокого напряжения соединена одним своим выводом с массой, и со свечей зажигания — другим своим выводом.

Общее П-образное ярмо, на которое намотаны катушки, представляет собой магнитопровод, в котором и возбуждается переменное магнитное поле посредством вращения постоянного магнита. Часто в качестве обмотки низкого напряжения используется часть витков обмотки высокого напряжения, подобно тому, как выполнены обмотки автотрансформаторов.

Когда магнит вращается, в обмотке низкого напряжения наводится ЭДС, но при этом обмотка накоротко замкнута механическим прерывателем, поэтому в ней возникает индукционный ток, вызванный изменяющимся магнитным потоком, пронизывающим сердечник, поскольку магнит пересекает его своими силовыми линиями. Изменение магнитного потока длится несколько миллисекунд, и в результате имеется замкнутая сама на себя катушка с током в несколько ампер.

В какой-то момент контакты прерывателя размыкаются, ток устремляется из обмотки в конденсатор, и начинаются гармонические колебания в образовавшемся колебательном контуре низкого напряжения, их частота составляет около 1 кГц. Поскольку контакты размыкаются быстро, менее чем за четверть периода колебаний контура первичной цепи, пробоя между контактами прерывателя не происходит, и только после размыкания контактов прерывателя, ЭДС в контуре низкого напряжения достигает амплитуды.

В этот момент на свече, подключенной к обмотке высокого напряжения, происходит искровой пробой, энергия конденсатора низковольтной цепи преобразуется в энергию переменного тока высоковольтной цепи, поскольку колебания в низковольтной цепи продолжаются, и горючая смесь в цилиндре успевает воспламениться.

Колебания длятся не более 1 миллисекунды, в силу значений индуктивности и емкости конструкции магнето, затем контакты прерывателя замыкаются вновь, и начинается очередной цикл нарастания тока в низковольтной цепи, шунтированной самой собой.

Таким образом мы видим, что магнето представляет собой магнитоэлектрическую машину, функция которой заключается в преобразовании механической энергии вращения магнитного ротора в электрическую энергию, в частности — в энергию высоковольтного разряда на свече зажигания. Сегодня еще можно встретить системы зажигания двигателей внутреннего сгорания на базе магнето.

Очевидно не каждый генератор можно отнести к магнето, поскольку к магнето относятся лишь те генераторы, которые возбуждаются от постоянных магнитов, и как правило соединенные с высоковольтным трансформатором системы зажигания двигателей внутреннего сгорания.

Бывает, что магнето обеспечивает не только зажигание, но и электроснабжение бортовой сети транспортного средства, однако чаще всего магнето питает только систему зажигания. Между тем, сегодня можно встретить на рынке генераторы на постоянных магнитах с несколькими генераторными катушками на статоре, такие генераторы подходят для мотоциклов, но в принципе они универсальны.

В некоторых случаях дополнительная обмотка, расположенная на сердечнике магнето, все же служит для генерации электричества для бортовой сети. Иногда магниты располагаются на маховике, который выполняет двойную функцию — возбуждение магнето и возбуждение генератора переменного тока. Такое гибридное устройство называется вообще-то «магдино» от сочетания слов «магнето» и «динамо».

На легких мотоциклах, гидроциклах, снегоходах, на лодочных подвесных моторах можно встретить именно магдино, работающие совместно с выпрямителями и регуляторами напряжения. Мощность магдино не велика, в пределах 100 ватт, но для бортового освещения и даже для зарядки аккумулятора этого вполне достаточно. Преимущество магдино — малые габариты и небольшой вес.

В бензиновых двигателях внутреннего сгорания магнето традиционно применялись с давних времен, обеспечивая импульс тока для свечи зажигания, когда еще батареи не были внедрены массово для этой цели. Даже сегодня такие решения можно встретить. Двухтактные или четырехтактные двигатели мопедов, газонокосилок, бензопил. Во Второй мировой войне карбюраторные двигатели немецких танков имели систему зажигания на магнето.

Поршневые авиационные двигатели имеют на каждом цилиндре пару свечей, и каждая группа свечей подключена к своему магнето — левая и правая группа свечей зажигания питаются раздельно. Такое решение позволяет более эффективно сжигать топливную смесь, а в случае отказа одного из пары магнето, второе остается в работе, это добавляет системе надежности.

Зажигание от магнето. Устройство и принцип работы

Видео: Что такое Магнето? Принцип работы системы зажигания? Как работает система зажигания?

Магнето — это магнитоэлектрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрическую. В настоящее время иногда применяется в системах зажигания двигателей внутреннего сгорания.

Магнето объединяет в себе магнитоэлектрический генератор, прерыватель и катушку зажигания. Оно вырабатывает ток низкого напряжения и преобразует его в ток высокого напряжения. На тракторах применяют одноискровые и двухискровые магнето левого и правого вращения. У магнето правого вращения ротор, если смотреть со стороны привода, вращается по часовой стрелке.

Магнитная система магнето состоит из двухполюс­ного или четырех полюсного магнита 9, двух стоек 2 и сердечника 3 индукционной катушки. Стойки и сердечник изготовлены из пластин электротехнической стали.

Электрическую цепь составляют первичная 4 и вторичная 5 обмотки трансформатора, подвижной и неподвижный контакты прерывателя, закрепленные соответственно на изолированном рычажке 11 и стойке 10, соединенной с «массой». Параллельно контактам прерывателя подключен конденсатор 18.

Одноискровое магнето М-124Б:
а — схема; 1 — жесткая полумуфта; 2 — стойка; 3— сердечник; 4— первичная обмотка; 5 — вторичная обмотка; 6 — свеча зажигания; 7 — провод высокого напряжения; 8 — вывод высокого напряжения; 9 — магнит; 10 — стойка непо­движного контакта; 11 — рычажок подвижного контакта; 12 — кулачок; 13 — эксцентрик; 14 — провода; 15 — кнопка выключателя; 16 — вал; 17 — клемма дистанционного выключателя зажигания; 18 — конденсатор; 19 — выключатель;
б — наконечник свечи; 20 — наконечник; 21 — резистор подавления радиопомех;
в — зависимость результирующего магнитного потока Фрез (Фрез-суммарный магнитный поток постоянного магнита и тока первичной обмотки) ЭДС Е1 н тока в первичной обмотке от угла поворота магнита при замкнутой первичной цепи

Контакты прерывателя размыкаются кулачком 12, установленным на конце вала магнита. На втором конце вала закреплена жесткая приводная полумуфта 1 (или центробежный автомат опережения зажигания). Один конец первичной обмотки соединен с сердечником («массой»), второй с рычажком подвижного контакта прерывателя. Концы вторичной обмотки подключены: один — к концу первичной обмотки, второй — к выводу 8 высокого напряжения. Далее ток высокого напряжения подводится по высоковольтному проводу 7 к свече непосредственно или через распределитель.

При вращении магнита его полюсные наконечники поочередно проходят мимо стоек, при этом магнитный поток замыкается через сердечник трансформатора. Когда магнит устанавливается парал­лельно стойкам (в нейтральном положении), магнитный поток замыкается через башмаки стоек. Таким образом, за один оборот двух­полюсного магнита в сердечнике трансформатора магнитный поток меняется дважды. Изменяющийся как по величине, так и по направ­лению магнитный поток пересекает витки первичной и вторичной обмоток. В первичной обмотке наводится переменный ток низкого напряжения (12…20 В), который течет по цепи: первичная обмотка — замкнутые контакты прерывателя — «масса» магнето — первичная обмотка. Во вторичной обмотке создается ЭДС порядка 1,0…1,5 кВ, которая не пробивает искровой промежуток свечи. При отклонении магнита от нейтрального положения в сторону вращения на 8…10° в первичной обмотке течет наибольший по величине ток, создающий максимальный магнитный поток вокруг катушки. В этот момент кулачок прерывателя должен размыкать контакты. Ток и магнитный поток первичной обмотки ис­чезают. Исчезающий магнитный поток пересекает вторичную обмотку и индуктирует в ней ток высокого напряжения (11…24 кВ), кото­рый подводится по проводу высокого напряжения 7 к свече 6, где пробивает искровой промежуток, воспламеняет смесь, а затем по «массе» и первичной обмотке возвращается во вторичную.

Одновременно со вторичной обмоткой исчезающий магнитный поток пересекает первичную обмотку, в которой наводит ЭДС само­индукции, достигающую 300 В. ЭДС самоиндукции, стремясь поддержать прежнее направление тока, заряжает конденсатор, который сразу разряжается через первичную обмотку в обратном направле­нии, создавая магнитный поток противоположного направления, что способствует более резкому пересечению вторичной обмотки магнит­ными силовыми линиями и повышению вторичного напряжения. При отсутствии или пробое конденсатора резкого пересечения витков вторичной обмотки не происходит, так как ЭДС самоиндукции под­держивает прежнее направление тока через конденсатор или зазор 0,25…0,35 мм между контактами прерывателя. Вторичное напряже­ние не достигает требуемого значения и искра в зазоре свечи 0,6… 0,7 мм исчезает или очень слабая (имеет недостаточную энергию).

Магнето:
а — М-48Б1:1 — крышка; 2 — бегунок; 3 — электрод вывода; 4 — электрод бе­гунка; 5 — контакт; 6 — проводник; 7 — винт; 8 — электрод; 9 — вывод катуш­ки; 10 — электрод дополнительного разрядника; 11—корпус муфты опереже­ния зажигания; 12 — грузики; 13 — пружины; 14 — штифты; 15 — пластины; 16, 19 — ведущий_и ведомый фланцы; 17 — гайка; 18 — втулка; б — прерыватель магнето М-124Б1: 1 — винт; 2 — контакт неподвижный; 3 — рычажок подвижного контакта; 4 — стойка; 5 — пружина подвижного контак­та; 6 — эксцентрик; 7 — конденсатор; 8 — фильц для смазки; 9 — кулачок пре­рывателя; 10 — кнопка ручного выключателя зажигания

Магнето двух- и четырехцилиндровых двигателей имеет распре­делитель тока .высокого напряжения. Распределитель магнето М-48Б1 двухцилиндрового двигателя П-23 состоит из пласт­массового бегунка 2, закрепленного на роторе винтом 7, и крышки 1. Ток высокого напряжения снимается электродом 8 с вывода 9 ин­дукционной катушки и подводится соединительным стальным про­водником 6 через латунный подпружинный контакт 5 к электроду бегунка. С бегунка ток поочередно подается через зазор 0,5…0,8 мм к боковым клеммовым электродам 3, а от них по проводам высоко­го напряжения к электродам свеч.

Магнето М-48Б1, М-24Б и некоторые другие снабжены муфтой опережения зажигания, служащей для автоматического изменения угла опережения зажигания в зависимости от частоты вращения коленчатого вала.

Принцип работы магнето

При вращении магнита его полюсные наконечники поочерёдно проходят мимо стоек магнето. При этом магнитный поток замыкается через сердечник трансформатора. Когда магнит устанавливается параллельно стойкам (в нейтральном положении), магнитный поток замыкается через башмаки стоек. Следовательно, за один оборот двухполюсного магнита в сердечнике трансформатора магнитный поток меняется дважды. Изменяющийся магнитный поток (как по значению, так и по направлению) пересекает витки первичной и вторичной обмоток. В первичной обмотке наводится переменный ток низкого напряжения (12-20 В), который течёт по цепи: первичная обмотка – замкнутые контакты прерывателя – «масса» магнето – первичная обмотка. Во вторичной обмотке создаётся ЭДС (электродвижущая сила) порядка 1,0-1,5 кВт, которая не пробивает промежуток свечи.

При отклонении магнита от нейтрального положения в сторону вращения на угол 8-10 градусов, который именуется углом отрыва (абрис), в первичной обмотке течёт наибольший ток, создающий максимальный магнитный поток вокруг катушки. В этот момент кулачок прерывателя размыкает контакты. При этом тока и магнитного потока первичной обмотки нет. Исчезающий магнитный поток пересекает вторичную обмотку и индуктирует ней ток высокого напряжения (11-24 кВ), который подводится по проводу (7) [рис. 1] высокого напряжения к свече (6), где пробивает искровой промежуток, воспламеняет рабочую смесь, а потом по «массе» и первичной обмотке возвращается во вторичную.

Рис. 1. Схема одноискрового магнето М-124Б.

1) – Жёсткая полумуфта;

4) – Первичная обмотка;

5) – Вторичная обмотка;

6) – Свеча зажигания;

7) – Провод высокого напряжения;

8) – Вывод высокого напряжения;

10) – Стойка неподвижного контакта;

11) – Рычажок неподвижного контакта;

15) – Кнопка выключателя;

17) – Клемма дистанционного выключателя зажигания;

19) – Пластмассовый наконечник;

20) – Резистор подавления радиопомех.

Одновременно со вторичной обмоткой исчезающий магнитный поток пересекает первичную обмотку, в которой наводит ЭДС самоиндукции (достигает 300 В). Электродвижущая сила самоиндукции, стремясь поддержать прежнее направление тока, заряжает конденсатор, который сразу же разряжается через первичную обмотку в обратном направлении, создавая магнитный поток противоположного направления исчезающему. Это способствует более резкому пересечению вторичной обмотки магнитными силовыми линиями и повышению вторичного напряжения. При отсутствии либо пробое конденсатора резкого пересечения витков вторичной обмотки не происходит, ввиду того, что поддерживается прежнее направление тока через конденсатор либо зазор 0,25-0,35 мм между контактами прерывателя, пробиваемый ЭДС самоиндукции. Вторичное напряжение не достигает требуемого значения и искра в зазоре 0,6-0,75 мм свечи исчезает либо обладает недостаточной энергией.

Если контакты прерывателя будут размыкаться при абрисе (углах отрыва), не соответствующих максимальному току в первичной обмотке, вторичное напряжение может оказаться недостаточным для пробоя искрового промежутка свечи.

В случае снятия провода высокого напряжения со свечи при работе двигателя происходит повышение вторичного напряжения примерно в 1,5 раза. Для защиты вторичной обмотки от пробоя в магнето предусмотрен предохранительный искровой промежуток 10-12 мм между выводом (9) [рис. 2, а)] высокого напряжения и специальным электродом (10) (винтом либо выступом).

Рис. 2. Устройство магнето.

а) – Магнето М-48Б1:

3) – Электрод вывода;

4) – Электрод бегунка;

9) – Вывод катушки;

10) – Электрод дополнительного разрядника;

11) – Корпус муфты опережения зажигания;

16) – Ведущий фланец;

19) – Ведомый фланец;

б) – Прерыватель магнето М-124Б1:

2) – Неподвижный контакт;

3) – Рычажок подвижного контакта;

5) – Пружина подвижного контакта;

8) – Фильц для смазывания;

9) – Кулачок прерывателя;

10) – Кнопка ручного выключателя зажигания.

Зажигание выключают, соединяя первичную обмотку катушки с корпусом («массой») кнопкой (15) [рис. 1] магнето либо выносным выключателем (17).

Магнето. Устройство и работа. Виды и применение

Еще в 19 веке немецкий изобретатель Бош, который владел своей компанией, разработал на основе магнето первую схему системы зажигания. Со временем в конструкции выявлялись недостатки и производились доработки устройства. В итоге компания Бош в 1890 году уже выполняла большие заказы по изготовлению систем зажигания, основанных на этом принципе. Заказы поступали в большом количестве. В 1902 году ученик Боша – Хоннольд модернизировал эту конструкцию и сделал ее универсальной.

Магнето является устройством, служащим для преобразования вращательной энергии ротора в электрический ток, а именно, в разряд высокого напряжения на свечах зажигания в бензиновом моторе внутреннего сгорания. В настоящее время это устройство практически не используется, однако его еще можно увидеть на старых конструкциях автомобильных двигателей, или на пусковых двигателях тракторов.

Если сравнивать это устройство с генератором, то отличие состоит в том, что возбуждение происходит от постоянных магнитов. В зависимости от устройства, магнето может обеспечивать электричеством бортовую сеть транспортного средства, а не только запуск двигателя. Но обычно устройства такого вида используются только для воспламенения топливной смеси, так как их энергии недостаточно для других нужд.

Устройство и работа

Такая конструкция является генератором переменного тока. В нем в качестве индуктора выступает постоянный магнит, который приводится во вращение двигателем. Этот магнитный ротор при вращательном движении образует изменяемый магнитный поток, наводящий электродвижущую силу в катушке статора.

На автомобиле это устройство имеет две обмотки: высокого и низкого напряжения. Низковольтная обмотка соединена с конденсатором и контактным прерывателем, а высоковольтная обмотка соединяется одним концом на массу, а другим со свечей зажигания.

Катушки расположены на общем магнитопроводе П-образной формы, в котором происходит возбуждение переменного магнитного поля путем вращательного движения постоянного магнита. Обычно низковольтная обмотка является частью высоковольтной обмотки, по аналогии устройства автотрансформатора.

Работа магнето происходит следующим образом. При вращении постоянного магнита, в низковольтной обмотке образуется электродвижущая сила. Эта обмотка замкнута контактами прерывателя, вследствие чего в ней появляется индукционный ток, образованный переменным магнитным потоком в магнитопроводе, так как постоянный магнит пересекает его силовыми линиями. Магнитный поток изменяется в течение нескольких долей секунды, в результате в замкнутой катушке протекает большой ток.

В определенный момент прерыватель размыкает свои контакты, и ток обмотки устремляется в конденсатор, в результате чего образуются гармонические колебания низкого напряжения. Так как контакты размыкаются с большой скоростью, то между ними не происходит пробоя. Только после их размыкания электродвижущая сила в контуре достигает своей амплитуды.

В это мгновение на свече зажигания, которая подключена к высоковольтной обмотке, возникает пробой искры, энергия конденсатора переходит в переменный ток высокого напряжения, потому что в низковольтной цепи колебания продолжаются, и топливная смесь в двигателе успевает воспламениться.

Длительность колебаний составляет не больше одной миллисекунды, что обуславливается величиной емкости и индуктивности устройства. Далее прерыватель вновь замыкает свои контакты, и весь цикл повторяется.

В результате можно сказать, что магнето является магнитоэлектрической машиной, которая преобразует вращательное движение постоянного магнита в электрический ток. Некоторые исполнения этого устройства оснащены дополнительной обмоткой, находящейся на магнитопроводе. Эта обмотка служит для выработки электрического тока для бортовой сети мотоцикла или другого средства передвижения. Постоянные магниты, расположенные на маховике, могут исполнять две задачи – возбуждение высокого напряжения для искры на свече зажигания, и возбуждение генератора. Это комбинированное устройство называют «магдино».

Разновидности

Устройства делятся по нескольким факторам.

По направлению вращения:

• Левого.
• Правого.

По количеству искр за оборот ротора:

• 1-искровые.
• 2-искровые.

По габаритным размерам:

• Малогабаритные. Применяются в мототехнике, мопедах, лодочных моторах, гидроциклах.
• Нормальные. Используются в тракторных четырехцилиндровых моторах.

Где используется магнето

Чаще всего на лодочных моторах, мотоциклах, мопедах встречаются магдино, функционирующие вместе с регуляторами напряжения и выпрямительными мостами. Их мощность небольшая и может достигать всего 100 Вт, однако для работы габаритных фонарей или зарядки аккумуляторной батареи этого хватает. Достоинством магдино являются малый вес и небольшие габаритные размеры.

В бензиновых моторах магнето обычно использовались с давних времен, создавая искру в свече зажигания, в то время, когда аккумуляторы еще не были так распространены. В настоящее время такие конструкции до сих пор встречаются. Во время войны в немецких танках были установлены карбюраторные моторы, в которых использовали такую систему зажигания.

Самолетные поршневые моторы имеют две свечи на каждом цилиндре. Отдельная группа свечей работает от отдельного магнето – правая и левая группа подсоединены отдельно. Это дает возможность наиболее эффективно работать двигателю, а также повышает надежность работы системы зажигания.