3. Электромеханические характеристики стартерного электродвигателя

Электромеханическими характеристиками называется зависи­мость основных параметров стартерного электродвигателя (напряже­ния, частоты вращения, момента, КПД, мощности) от тока стартера I_с. Удобство использования электромеханических характеристик для анализа работы системы электростартерного пуска объясняется воз­можностью совмещать их с вольтамперными характеристиками ак­кумуляторных батарей.

Принципиальная электрическая схема включения стартера пред­ставлена на рисунке 3.

Рисунок 3 Принципиальная электрическая схема включения стартера

На рисунке 4 изображены зависимости падений напряжений на различных участках схемы в функции тока I_с. (баланс напряжений системы пуска).

Напряжение U_с, подведенное к стартеру, меньше напряжения ба­тареи U_б на величину его падения на сопротивлениях проводов стартерной цепи R_ПР (ΔU_ПР) и «массы» R_м (ΔU_м). Они в сумме состав­ляют общие потери напряжения в стартерной цепи от аккумулятор­ной батареи до стартера ΔU_ц:

Рисунок 4 Баланс напряжений

Ток I_ст соответствует полностью заторможенному якорю старте­ра; при этом частота вращения п_с = 0. В этом режиме все напряже­ние, U_ст, подведенное к стартеру, равно падению напряжения на его внутреннем сопротивлении:

где — сопротивление обмоток возбуждения, — сопротивление обмотки якоря; 2 — сопротивление щеток и щеточного контакта.

Сопротивление зависит от частоты вращения, плотности тока под щеткой и материала щеток. В отличие от обмоток стартерного электродвигателя сопротивление является нелинейным. При на­грузках, в которых работает стартер, падение напряжения под щет­ками не превышает 1 ...2 В и мало изменяется от силы тока и частоты вращения. В этом случае можно принять, что падение напряжения на внутреннем сопротивлении стартера изменяется линейно от силы тока, потребляемого стартером (прямая U_Т (/_с) на рис. 4. Величину U_Т называют тормозным напряжением.

Падение напряжения по участкам цепи стартера при некотором рабочем токе I₁ распределяется следующим образом (см. рис. 4): 1– 5 – ЭДС батареи Е_б; 1 – 2 – падение напряжения иа внутреннем сопротивлении батареи ; 2 – 3 – падение напряжения в проводах и «массе» ; 3—4 — ЭДС стартера , где Ф — поток возбуждения; 4 – 5 – тормозное напряжение

Потери мощности на отдельных участках цепи при токе пропор­циональны заштрихованной площади на рисунке 4, так как пло­щадь графика в координатах напряжение – ток есть мощность. Пло­щадь 3', 3, 4, 4' соответствует электромагнитной мощности, подведен­ной к якорю стартера, которая при изменении тока от 0 до I_ст изменяется по параболе

(10)

имеющей корни I_с1 = 0 и

Выражение (1) имеет максимум при

Кривая Р_ЭМ (/_с) изображена на рисунке 4.

Электромеханические характеристики стартера показаны на рисунке 5.

Зависимости частоты вращения п_с (I_с) и момента М_с(I_с)можно разбить на два участка: первый, когда магнитная система стар­тера не насыщена и магнитный поток Ф с ростом тока I_с резко увели­чивается [до I_с < (0,8 ...0,9) I_сн, где I_сн — номинальный ток старте­ра], и второй, когда магнитная система насыщена и магнитный поток Ф почти не изменяется (I_с > (0,8 ... 0,9) I_сн ). Характеристики п_с (I_с) и М_с(I_с) на втором участке имеют почти линейный характер.

Рисунок 5 Электромеханические характеристики стартера

Механическая мощность на валу стартера:

Вт

меньше электромагнитной мощности Р_ЭМ на величину потерь на трение и подшипниках и щеточном контакте, вентиляционных и магнитных потерь (перемагничивание и вихревые токи). Стартер потребляет электрическую мощность

преобразовывая ее в механическую с КПД

Максимум КПД электродвигателя стартера не превышает значений 0,5 ...0,6. Максимум мощности Р_с не совпадает с максимумом КПД. На электромеханических характеристиках стартера можно вы­делить следующие режимы:

холостого хода, характеризуемый частотой вращения n_гх, силой тока I_сх;

режим при максимуме КПД (характеризуется током I_{сη шах}).

номинальный режим при мак­симуме мощности стартера.

9