Характеристика стартеров

В стартерах применяют электродвигатели постоянного тока последо­вательного или смешанного возбуждения, питающихся от аккумуляторной батареи. Эти электродвигатели развивают возрастающий вращающий момент при увеличении торможения якоря, что облегчает пуск двигателя.

Сила тока, потребляемая электродвигателем стартера при его рабо­те, не остается постоянной и зависит от состояния аккумуляторных батарей, сопротивления электрической цепи и частоты вращения якоря.

Вследствие большого сечения и малой длины проводников обмотки якоря и обмотки возбуждения, стартер обладает очень малым сопротивле­нием, поэтому в момент включения стартера, а также при полном тормо­жении якоря, когда в обмотке не индуктируется обратная ЭДС, пусковая сила стартера достигает 285 - 800 А. При холостом ходе якоря сила то­ка снижается до 35 - 110 А. С увеличением силы тока, потребляемого стартером, возрастает магнитный поток возбуждения, который, взаимодействуя с магнитным пото­ком якоря, создает возрастающий вращающий момент, что облегчает вращение коленчатого вала.

Электромагнитный вращающий момент М_элм, на валу якоря стартере определяется по формуле:

М_элм = с Ф I_я ,

где с – коэффициент пропорциональности, зависящий от конструкции стар­тера;

Ф - магнитный поток возбуждения;

I_я - сила тока в цепи якоря.

Магнитный поток возбуждения зависит от силы тока, потребляемого стартером, а поэтому вращающий момент будет пропорционален силе то­ка в цепи стартера.

Электромагнитный вращающий момент возрастает при увеличении числа пар полюсов Р, числа проводников N обмотки якоря и уменьшается при увеличении числа параллельных ветвей d обмотки якоря, так как коэффициент пропорциональности

с = .

Вращающий момент достигает наибольшей величины при полном торможении якоря, при питании стартера от исправной и полностью заряженной батареи, когда в цепи стартера сила тока достигает максимальной величины и магнитный поток Ф максимальный.

По мере увеличения частоты вращения якоря в его обмотке будет индуктироваться возрастающая по величине обратная ЭДС, которая вызовет уменьшение силы тока в цепи стартера и магнитного потока возбуждения, а вместе с ним уменьшение вращающего момента.

Величина обратной ЭДС Е_обр, индуктируемой в обмотке якоря, определяется по формуле:

Е_обр =

где Р – число пар полюсов;

n – частота вращения якоря, об/мин;

N – число проводников обмотки якоря;

d – число пар параллельных ветвей обмотки якоря;

Ф – магнитный поток стартера.

Обозначим выражение РN/d60 коэффициентом С';

тогда:

E_обр = С' n Ф.

Величина обратной ЭДС Е_обр пропорциональна частоте вращения якоря n и магнитному потоку Ф стартера, а также зависит от конструктивных данных стартера, определяемых коэффициентом С'.

Следовательно, скорость вращения якоря составит:

n = E_обр /C'Ф.

Магнитный поток Ф стартера при увеличении силы тока изменяется по кривой намагничивания. При максимальной сила тока в цепи стартера, равной силе тока при полном торможении якоря, вследствие магнитного насыщения стали магнитный поток Ф достигает максимальной величины, а поэтому частота вращения якоря снижается. При полном торможении якоря величина обратной ЭДС Е_обр равна нулю

При уменьшении силы тока в цепи стартера уменьшается магнитный поток, а

поэтому частота вращения якоря будет достигать очень большой величины, что соответствует работе стартера без нагрузки якоря. Якорю легче вращаться в слабом магнитном потоке возбуждения.

Электромагнитная мощность Р_элм стартера, с которой силы взаимо­действуя между магнитным полем возбуждения и током в обмотке якоря создают вращения якоря, определяется произведением электромагнитного момента М_элм на угловую частоту вращения ω:

ω = ; Р_элм = М_элм ω = М_элм .

Подставим в формулу значения М_элм и N:

Р_элм = с I Ф2π /60 ·Е_обр / С' Ф = 2π сIФЕ_обр / 60 С' Ф = Е_обр I.

Так как коэффициент C'=PN/d60, то в формуле подсчета электромагнитной мощности Р_элм значение

= 1.

Полезная мощность Р_пол стартера меньше электромагнитной и равна:

P_пол =Р_элм –Р_мех –Р_магн,

где Р_мех – механические потери на трение в подшипниках и щеток о коллектор;

Р_магн – потери на перемагничивание и вихревые токи в стали сердечника якоря.

Характеристика стартера СТ 21 при емкости батарей 54 (сплошные линии) и 68 А·ч (пунктирные линии)

 

 

Характеристика стартера (рис) определяют излишки вращающего момента, частоты вращения, мощности и напряжения на зажимах стартера в зависимости от силы тока, потребляемого стартером.

В случае работы стартера в режиме холостого хода (без нагрузки) частота вращения якоря достигает наибольшей величины П_хх = 3500-7500 об/мин,

а потребляемая сила тока – наименьшего значения I_xx = 35 – 110 A.

В практике полезная мощность стартера (в лошадиных силах) подсчитывается по формуле:

N_cт = .

где М_вр – вращающий момент, кгс· м;

n_я – частота вращения якоря, об/мин;

М_вр – измеряется гидравлическим или пружинным динамометром, а

n_я – тахометром.

Максимальная мощность стартера N_ст равна нулю при заторможенном якоре, когда М_вр = 0.

Максимальный вращающий момент М_вр на валу якоря и мощность стартера зависят от емкости степени разряженности и температуры аккумуляторной батареи, сопротивления контактов соединительных проводов и от состояния самого стартера.

С увеличением емкости и температуры электролита батареи ее внутреннее сопротивление снижается, в результате чего снижается падение напряженияв батарее, а следовательно, повышается напряжение на зажимах стартера при нагрузке, а вместе с этим возрастает сила тока в цепи стартера. Увеличение силы тока вызывает увеличение вращающего момента, частоты вращения якоря и мощности стартера (см. рис.).

В любом электродвигателе постоянного тока коллектор является преобразователем постоянного тока в переменный ток, текущий в обмотках якоря от батареи аккумуляторов или другого источника энергии. В ав­томобильных стартерах большой мощности увеличивают длину кол­лектора для уменьшения плотности тока в скользящем контакте, что позволяет увеличить срок службы щеточного узла и старте­ра в целом. Удлиненные щетки зависают в щеткодержателях, по­этому в стартерах большой мощности ставят разрезные щетки, то есть в каждом щеткодержателе стоит не одна, а две короткие щетки. Если бортовую сеть автомобилей питают аккумуляторные батареи, то номинальное напряжение считают равным 12 или 24В. Величину номинального (расчетного) напряжения бортовой сети автомобилей в основном выбирают в зависимости от мощности стартера: мощность стартера менее 4, 5÷ 5 л.с. – напряжение 12 В, более 5 л.с. - напряжение 24 В. Объясняется это тем, что электрическая мощность есть произведение величины тока на величину напряжения, и если стартер достаточно большой мощ­ности, то при низком номинальном напряжении во время работы стартера в цепи будет протекать ток большой силы, а это тре­бует увеличения сечения проводов обмоток возбуждения и яко­ря, увеличения длины и диаметра коллектора, количества щеток и их размеров, увеличения сечения проводов, соединяющих стартер с аккумуляторной батареей. Все эти приводит к увеличению расхода меди, габаритов и веса – стартера. Увеличение номиналь­ного напряжения приводит к уменьшению веса и габаритов стар­теров и более экономному расходу меди.

Следует иметь ввиду, что втулку внутри которой поступательно движется якорек тягового реле, изготавливают из латуни не из-за снижения трения якорька о втулку, а чтобы не замкнуть магнитный поток, созданный обмотками реле, так как сплавы цветных металлов не являются магнитопроводами.

Основное назначение реле включения стартера сводится к тому, чтобы разгрузить контакты включателя стартера (замка зажигания или кнопки) от довольно большой силы тока, поступающей в обмотки тягового реле.

Контакты включателя аккумуляторной батареи должны быть рассчитаны на ток, потребляемый стартером в режиме полного торможения.

Основное внимание следует уделить приемам выполнения регулировок стартеров и реле их включения.