4. Электростартеры транспортно-технологических машин

Характеристики электростартеров. Свойства электростартеров оцениваются по рабочим и механическим характеристикам. Рабочие характеристики представляются в виде зависимостей напряженияU_ст нa выводах стартера, полезной мощностиР₂ на валу, полезного вращающего моментаМ₂, частоты вращения якоряn_aи КПД стартерного электродвигателяη_стот силы тока якоряI_а(рис. 6.2).

При вращении якоря в его обмотке индуктируется ЭДС, которая вычисляется по формуле

, (6.5)

где с_е– постоянная электрической машины, не зависящая от режима ее работы.

При электроснабжении стартера от аккумуляторной батареи ЭДС определяется таким образом:

ΔΔ, (6.6)

где U_H - номинальное напряжение аккумуляторной батареи;

R_a∑ - суммарное сопротивление цепи якоря;

R_пр - сопротивление стартерной сети;

R_б- сопротивление аккумуляторной батареи;

R_а - сопротивление обмотки якоря электростартера;

R_с- сопротивление последовательной обмотки возбуждения электростартера.

С уменьшением нагрузки электродвигателя с последовательным возбуждением величина магнитного потока Ф падает, а частота вращения якоряn_абыстро возрастает до значенияп_ао, соответствующего силе тока холостого ходаI_аo. В стартерах смешанного возбуждения частота вращения якоря 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.

Рис. 6.2. Рабочие характеристики стартерного электродвигателя с последовательным возбуждением:

ΔU_щ - падение напряжения в контактах щетки-коллектора, М - электромагнитный вращающий момент, М_2к, М_н – полезный момент в режиме полного торможения, номинальный, E_а - ЭДС обмотки якоря, Р - электромагнитная мощность (полная механическая мощность), Р_т– максимальная электромагнитная мощность, соответствующая I_т, Р_н - номинальная мощность, Р_m - суммарные механические потери, Ф -магнитный поток, проходящий через воздушный зазор якоря электродвигателя, R_CT -сопротивление обмоток стартера, п_н, п_аo - частота вращения якоря номинальная и соответствующая силе тока холостого хода, I_к, I_н - сила тока полного торможения, номинальная

Электромагнитный вращающий момент рассчитывается по формуле:

, (6.7)

где с_м- постоянная электрической машины.

В электродвигателях с последовательным возбуждением через обмотку возбуждения проходит 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 моментыМ_2кв режиме полного торможения. Это улучшает их тяговые свойства, облегчает раскручивание коленчатого вала во время пуска двигателя при низких температурах.

Подводимая к стартеру мощность, исключая электрические потери, преобразуется в электромагнитную мощность. Электромагнитная или полная механическая мощность Р, меньшая, чем мощность,подводимая к стартеру на величину электрических потерь, равна

(6.8)

Максимальная электромагнитная мощность вычисляется из выражения:

(6.9)

Зависимость электромагнитной мощности от силы тока представляет собой симметричную параболу с максимальным значением при силе тока I_т, равной половине силы токаI_К полного торможения.

Полезная мощность Р₂на валу электродвигателя меньше электромагнитной на величину суммы механических потерьΔР_Мв подшипниках, в щеточно-коллекторном узле и магнитных потерь в пакете якоря.

Полезный вращающий момент на валу электродвигателя вычисляется из выражения:

(6.10)

Сила тока, потребляемого электродвигателем со смешанным возбуждением, определяется по формуле

(6.11)

где I_s = U_CJ / R_S - сила тока в параллельной обмотке возбуждения;

R_S -сопротивление параллельной обмотки возбуждения.

(6.12)

Механические характеристики электростартера обычно представляют в виде зависимости частоты вращения якоря от полезного вращающего момента М₂ (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Механические характеристики стартерных электродвигателей

Влияние сопротивления источника электроснабжения и стартерной сети на рабочие и механические характеристики стартерных электродвигателей требует однозначного указания условий, при которых определяется номинальная мощность стартера.

Напряжение на выводах стартерного электродвигателя при определении номинальной мощности рассчитывается по формуле

(6.13)

где а_б- коэффициент, равный 0,05 для аккумуляторных батарей номинальной емкостьюС₂₀менее 100 А ч, а также 0,038 и 0,046 соответственно для аккумуляторных батарей 6СТ-55ЭМ и 6СТ-190ТР.

Частоту вращения коленчатого вала двигателя электростартером п в различных условиях пуска определяют по точкам пересечения кривых момента сопротивления двигателяМ_с и приведенного к коленчатому валу вращающего момента стартераМ от частоты вращения коленчатого валап (рис 6.4, а). Минимальную температуру пускаТ_minопределяют при совмещении на одном графике зависимостей частоты вращения коленчатого вала электростартеромп и минимальной пусковой частоты вращения коленчатого валаn_mmот температурыТокружающей среды (рис. 6.4,6)

Система «Стоп - старт». Система «Стоп - старт» выполняет функции автоматического управления остановкой и пуском двигателя, обеспечивая дополнительную экономию топлива за счет сокращения длительности работы двигателя в режиме холостого хода при остановке автомобиля и при медленном его движении с установленным в нейтральном положении рычагом коробки передач. Система начинает автоматически функционировать в том случае, если первоначальный пуск был осуществлен пусковой системой с электростартером, и двигатель прогрет до температуры 65 … 100 °С.

Рис.6.4. Характеристики работы двигателя на автомобиле ГАЗ-3110 «Волга»