2. Стартерные электродвигатели

В стартерах применяются двигатели постоянного тока с последовательным или смешанным возбуждением. Из курса электротехники известны общие соотношения, определяющие частоту вращения ротора n и вращающего момента двигателей постоянного тока М_вр:

, (5.1)

, (5.2)

где , R_я – сопротивление обмотки якоря, I_я – ток якоря, р – число пар полюсов, N/2 – число витков обмотки якоря, а – число пластин коллектора якоря.

Для двигателя с последовательным возбуждением (рис. 5.3, а) I_я = I_в. Учитывая, что

Ф = I_я∙_в / R_м (5.3)

и, подставляя это значение в (5.1) и (5.2), можно получить выражение для электромеханической n = f(I_я) характеристики двигателя (рис. 5.3, б)

, (5.4)

а также М = f(I_я)

, (5.5)

где R_м – магнитное сопротивление магнитопровода электродвигателя.

Выражения (5.4) и (5.5) показывают, что в диапазоне от 0 до I_{я ном} зависимость n = f(I_я) гиперболическая, а зависимость М = f(I_я) – параболическая. При достижении тока якоря значений (0,8 ÷ 0,9)·I_{я ном} магнитопровод электродвигателя приходит в насыщение и выражение (5.3) нарушается. Магнитный поток Ф растет медленнее, чем ток I_я. При больших нагрузках, когда I_я > I_{я ном}, магнитный поток Ф можно считать постоянным, а характеристики n = f(I_я) и М = f(I_я) – линейными.

Механическую характеристику двигателя с последовательным возбуждением n =f(М) (рис.5.3, в) получают из выражения (5.1).

Для формирования выражения n =f(М) представим (5.3) в виде

Ф = к_φ·I_я, (5.6)

а (5.5) в виде

. (5.7)

Подставляя (5.6) и (5.7) в (5.1), после преобразований получим

,

где R = R_я + R_в, – начальный пусковой момент при пусковом токе I_п = U/R_я.

Механическая характеристика такого двигателя «мягкая». При малых нагрузках характеристика гиперболическая, частота n резко возрастает и может превысить предельно допустимое значение, при котором двигатель идёт в разнос. При нагрузках, близких к номинальной, магнитная система насыщается и характеристика переходит в наклонную прямую.

Двигатели последовательного возбуждения широко применяют как тяговые на электротранспорте, в крановых установках и в электростартерных системах. В этих установках и системах при пуске двигателю необходим большой пусковой момент, чтобы преодолеть инерцию неподвижных масс. Кроме того, ток этих двигателей с нагрузкой изменяется в меньшей степени (I ~ ), чем у двигателей с параллельным возбуждением. Кроме того, они лучше переносят перегрузки и развивают больший пусковой момент.

В электродвигателе со смешанным возбуждением магнитный поток Ф создаётся в результате совместного действия двух обмоток возбуждения – параллельной и последовательной. Такой двигатель обладает «мягкой» механической характеристикой, но может работать на холостом ходу, так как частота вращения ротора в режиме холостого хода имеет конечное значение.

Таким образом, в стартерах используются двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением. В отдельных случаях используются двигатели со смешанным возбуждением. В последние годы на стартерах стали применяться электродвигатели с возбуждением от постоянных магнитов, которые имеют пониженное энергопотребление, так как отсутствует ток возбуждения.