Характеристики электростартеров

Свойства электростартеров оценивают по рабочим и механическим характе­ристикам. Рабочие характеристики представляют в виде зависимостей напря­жения на зажимах стартера U_CT, полезной мощности Р₂ на валу, полезного вра­щающего момента М₂, частоты вращения якоря n_а и КПД стартерного электро­двигателя от силы тока якоря l_a (рис. 4.24).

При вращении якоря в его обмотке индуцируется ЭДС:

Е_а=C_еn_аФ,

где С_е - постоянная электрической машины, не зависящая от режима ее работы;

Ф - магнитный поток, проходящий через воздушный зазор и якорь электро­двигателя.

 

При питании стартера от аккумуляторной батареи ЭДС:

 

E_a = U_H – ΔU_Щ – I_a·R_a∑ = U_H – ΔU_Щ – I_a(R_б + R_ПР + R_а + R_С),

где ΔU_Щ – падение напряжения в контактах щетки-коллектор;

R_a∑ - суммарное сопротивление цени якоря;

R_ПР – сопротивление стартерной сети;

R_а – сопротивление обмотки якоря;

R_С – сопротивление последовательной обмотки возбуждения.

 

Рис. 4.24. Рабочие характеристики стартерного электродвигателя с последовательным возбуждением

 

Частота вращения якоря

С уменьшением нагрузки электродвигателя с последовательным возбуждени­ем магнитный поток Ф падает, а n_а быстро возрастает до значения n_а0 при си­ле тока холостого хода I_a0. В 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=с_мI_аФ,

где с_м - постоянная электрической машины.

 

В электродвигателях с последовательным возбуждением через обмотку возбу­ждения проходит весь ток якоря I_а, поэтому магнитный поток возрастает с увели­чением нагрузки стартера. При одинаковых номинальных параметрах электродви­гателей с параллельным и последовательным возбуждением последние развива­ют большие полезные моменты М₂к в 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 I_m, равной половине тока I_К полного торможения.

Полезная мощность Р₂ на валу электродвигателя меньше электромагнитной на величину суммы ΔР_М 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 = I_a + I_S,

где I_S = U_CT/R_S - сила тока в параллельной обмотке возбуждения;

R_S - сопротивление параллельной обмотки возбуждения.

 

Подводимая к стартерному электродвигателю мощность

P₁ = U_CT·I.

 

КПД стартерного электродвигателя

η_CT = P₂ / Р₁.

Механические характеристики элек­тростартеров обычно представляют в виде зависимости вращающего момен­та М₂ от частоты вращения якоря n_а (рис. 4.25).

При снижении напряжения на выво­дах аккумуляторной батареи и старте­ра, в связи с понижением температуры или увеличением сопротивления стартерной сети при той же силе тока I_а=ЭДС Е_а, частота вращения n_а и мощность Р₂ электродвигателя уменьшаются (рис. 4.26, а). При той же частоте вращения n_а уменьшается вращающий момент М₂ (рис. 4. 26, б).

 

 

Рис. 4.25. Механические характеристики стар­терных электродвигателей:

1-c последовательным возбуждением; 2 - со смешанным возбуждением

 

Влияние электросопротивления ис­точника электроснабжения и стартерной сети на рабочие и механические хара­ктеристики стартерных электродвигателей требует однозначного указания ус­ловий, при которых определяется номинальная мощность стартера. Номиналь­ной считают наибольшую полезную мощность Р_н 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 I_H, частота вращения n_н и враща­ющий момент М_н

 

 

Рис. 4.26. Характеристики стартерных электродвигателей при различных температурах:

а - рабочие; б - механические

 

Пусковая мощность Р_п 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 выводах стартерного электродвигателя при определении но­минальной мощности рассчитывается по формуле:

где а_б - коэффициент, принимаемый равным 0,05 для батарей емкостью С₂₀<100 А·ч, а также 0,038 и 0,046 соответственно для батарей 6СТ-55ЭМ и 6СТ-190ТР.

Частоту вращения коленчатого вала двигателя электростартером п* в различ­ных условиях пуска определяют по точкам пересечения зависимостей момента сопротивления двигателя М_с и приведенного к коленчатому валу вращающего момента стартера М* от частоты вращения коленчатого вала n (рис. 4.27, а). Ми­нимальную температуру пуска T_min определяют при совмещении на одном графи­ке зависимостей частоты вращения коленчатого вала электростартером n*, ми­нимальной пусковой частоты вращения n_min от температуры Т окружающей сре­ды (рис. 4.27, 6).

Рис. 4.27. Характеристики работы системы электростартерного пуска на двигателе автомобиля ГАЗ-31029:

a - схема для определения минимальной температуры пуска; б - совмещенные механические характеристики стартера СТ230-Б и характеристики сопротивления двигателя при использовании мас­ла М8 87; 1 -стартер СТ230-Б, аккумуляторная батарея 6СТ-60; 2 -стартер СТ221, аккумуляторная батарея 6СГ-55