Устройство электрических стартеров (стр. 3 из 4)
Не допускается нагружать стартер более чем на номинальную мощность. Повышение температуры стартера во время пусковых циклов не должно приводить к изменениям, отрицательно влияющим на его работоспособность.
Рациональному использованию аккумуляторной батареи, имеющей в системе пуска относительно большую массу и в наибольшей степени подверженной влиянию эксплуатационных факторов, способствуют правильное согласование характеристик элементов системы, пуска и обоснованный выбор ее схемы и параметров, при которых расходуется минимальное количество энергии источника тока.
Для уменьшения длины стартерных проводов, габаритных размеров и массы стартера и батареи, а также для удобства их установки и технического обслуживания важно предусмотреть рациональное размещение элементов системы пуска двигателя на автомобиле.
Параметром, определяющим рациональное согласование мощностной характеристики пускового устройства с пусковыми характеристиками двигателя, является передаточное число привода. При изменении передаточного числа привода меняется наклон механической характеристики стартерного электродвигателя, приведенной к коленчатому валу двигателя. С повышением передаточного числа приведенный вращающий момент увеличивается, а приведенная частота вращения вала уменьшается. Максимальное значение мощности электростартера смещается в сторону меньшей частоты вращения коленчатого вала. Для каждого типа двигателя и заданных условий пуска существуют наивыгоднейшие передаточные числа, при которых наилучшим образом используются мощностные характеристики стартерного электродвигателя.
Автомобильные электростартеры должны обеспечивать номинальные параметры при нормальные климатических условиях: температура окружающего воздуха (25±10)°С; относительная влажность (45-80)%; атмосферное давление (84-106) кПа.
3. Характеристики электростартеров
Свойства электростартеров оценивают по рабочим и механическим характеристикам. Рабочие характеристики представляют в виде зависимостей напряжения на зажимах стартера Uст полезной мощности P2 на валу, полезного вращающего момента M2, частоты вращения якоря nа и КПД стартерного электродвигателя от силы тока якоря Iа.
При вращении якоря в его обмотке индуцируется ЭДС:
Еа = cеnaФ,
где cе - постоянная электрической машины, не зависящая от режима ее работы;
Ф – магнитный поток, пpoxoдящий через воздушный зазор и якорь электродвигателя.
При питании стартера от аккумуляторной батареи ЭДС:
Eа = Uн - D Uщ – IаRаD = Uн - D Uщ – Iа(Rб + Rпр + Rа + Rс),
где D Uщ - падение напряжения в контактах щетки-коллектор;
Rс - суммарное сопротивление цепи якоря;
Ядр - сопротивление стартерной сети;
Rа - сопротивление обмотки якоря;
Rд – сопротивление последовательной обмотки возбуждения. Частота вращения якоря
С уменьшением нагрузки электродвигателя с последовательным возбуждением магнитный поток Ф падает, а nа быстро возрастает до значения nа0 при силе тока холостого хода Iа0 стартерах смешанного возбуждения частота вращения в режиме холостого хода ограничивается магнитным потоком параллельной обмотки возбуждения. При уменьшении нагрузки магнитный поток, создаваемый последовательной обмоткой, стремится к нулю, тогда как намагничивающая сила параллельной обмотки и создаваемый ею магнитный поток даже немного увеличиваются. Электромагнитный вращающий момент
М = СМIаФ,
где См - постоянная электрической машины.
В электродвигателях с последовательным возбуждением через обмотку возбуждения проходит весь ток якоря Ia, поэтому магнитный поток возрастает с увеличением нагрузки стартера. При одинаковых номинальных параметрах электродвигателей с параллельным и последовательным возбуждением последние развивают большие полезные моменты М2к режиме полного торможения. Это улучшает их тяговые свойства, облегчает трогание системы стартер-двигатель с места и раскручивание коленчатого вала при пуске двигателя при низких температурах. Подводимая к стартеру мощность за вычетом электрических потерь преобразуется в электромагнитную мощность
Максимальная электромагнитная мощность
Зависимость электромагнитной мощности от силы тока представляет собой симметричную параболу с максимальным значением при силе тока Im, равной половине тока Iк полного торможения. Полезная мощность Р2 на валу электродвигателя меньше электромагнитной на величину суммы D Р2 механических потерь в подшипниках, в щеточно-коллекторном узле и магнитных потерь в пакете якоря. Полезный вращающий момент на валу электродвигателя
Сила тока, потребляемого электродвигателем со смешанным возбуждением
I = Iа + Is,
где Is = Uc/Rs - сила тока в параллельной обм6тке возбуждения;
Rs - сопротивление параллельной обмотки возбуждения.
Рис. 6. Рабочие характеристики стартерного электродвигателя с последовательным возбуждением.
Подводимая к стартерному электродвигателю мощность
P1 = UcтI.
КПД стартерного электродвигателя
Рис. 7. Механические характеристики стартерных электродвигателей: 1 – с последовательным возбуждением; 2 – со смешанным возбуждением.
Механические характеристики электростартеров обычно представляют в виде зависимости вращающего момента M2 от частоты вращения якоря na (рис. 7).
При снижении напряжения на выводах аккумуляторной батареи и стартера, в связи с понижением температуры или увеличением сопротивления стартерной сети при той же силе тока Iа = ЭДС Еа, частота вращения nа и мощность P2 электродвигателя уменьшаются (рис. 8). При той же частоте вращения nа уменьшается вращающий момент М2 (рис.8).
Влияние электросопротивления источника электроснабжения и стартерной сети на рабочие и механические характеристики стартерных электродвигателей требует однозначного указания условии, при, которых определяется номинальная мощность стартера. Номинальной считают наибольшую полезную мощность Рн в кратковременном режиме работы при электроснабжении от аккумуляторной батареи максимально допустимой емкости, установленной в технических условиях на стартер, при степени заряженности батареи 100 %, температуре электролита +20°С, при первой по- пытке пуска двигателя, без учета падения напряжения в стартерной сети. Номинальной мощности соответствуют сила тока Iн частота вращения nн и вращающий момент Мн.
Рис. 8. Характеристики стартерных электродвигателей при различных температурах: а – рабочие; б – механические.
Пусковая мощность Рп определяется как наибольшая полезная мощность в кратковременном режиме работы при электропитании от батареи, заряженной на 75%, при температура -20°С в конце третьей попытки пуска двигателя с учетом падения напряжения в проводке.
Напряжение на выводам стартерного электродвигателя при определении номинальной мощности рассчитывается по формуле:
где аб - коэффициент, принимаемой равным 0,05 для батарей емкостью
С20<100 Ач, а также 0,038 и 0,046 соответственно для батарей 6СТ-55ЭМ и 6СТ-190ТР.
4. Схемы управления электростартерами
Рис. 9. Наиболее распространенные схемы внутренних соединений электростартеров.
Схемы внутренних соединений электростартеров с последовательным и смешанным возбуждением с использованием одно- и двухобмоточных тяговых реле приведены на рис. 9.
Однообмоточное тяговое реле подключается к аккумуляторной батарее GB (рис. 9, а) переводом ключа выключателя зажигания 2 с контактами S1 в нефиксированное положение “стартер”. Якорь тягового реле втягивается в электромагнит, с помощью рычажного механизма вводит шестерню привода в зацепление с венцом маховика и в конце хода замыкает силовые контакты реле К1 в цепи электродвигателя М.
Силовые контакты замыкаются до полного ввода шестерни в зацепление. Если шестерня упирается в венец маховика, корь реле продолжает перемещаться вследствие сжатия буферной пружины привода и замыкает силовые контакты. Якорь с шестерней начинают вращаться, и шестерня под действием буферной пружины входит в зацепление, когда зуб шестерни устанавливается против впадины зубчатого венца маховика. Использование дополнительного усилия в шлицевом соединении вала и направляющей втулки ведущей обоймы роликовой муфты свободного хода для перемещения шестерни позволяет уменьшить тяговое усилие и ход якоря электромагнита, размеры и массу тягового реле.