Основные характеристики аккумуляторных батарей в режиме пуска двс

Основные параметры АБ, оцениваются по вольт-амперной характеристики. Вольтамперная характеристика представляет собой зависимость напряжения батареи от тока разряда

U_бн = f (I_{б раз}).

Вольт - амперная характеристика, с достаточной точностью может быть получена расчетным путем. Для этого:

1. соберем электрическую цепь (электрической цепью называют совокупность соединенных друг с другом источников электрической энергиии нагрузок, по которым может протекать электрический ток), представленную на рис.;

Рис.10.5. Электрическая цепь для снятия вольт-амперной характеристики АБ

2. вольметром V измерим напряжение батареи при разомкнутой цепи (начальное напряжения батареи) U_бн;

3. замкнем выключатель S , измерим амперметром А ток протекающий в цепи I_ба и напряжение батареи при замкнутой цепи Uба, при температуре окружающей среды равной + 20⁰С;

4. на оси ординат откладываем отрезок, равный начальному значению напряжения батареи U_бн и отрезок равный напряжению батареи при замкнутой цепи U_ба, а на оси абсцисс ток, протекающий в цепи I_ба;

5. проводим прямую, через точки с координатами (U_б = U_бн, Iб = 0) и (U_б = U_ба, I_б = I_ба), до пересечения с осью абсцисс. На оси абсцисс получим отрезок равный току короткого замыкания I_{б кз}.

Рис.10.6. Вольт-амперная характеристика АБ

Прямая, проведенная через эти точки, называется расчетной вольтамперной характеристикой АБ. Анологично строим вольтамперную характеристику АБ при температуре окружающей среды равной - 20⁰С.

Так как треугольник (O, U_бн, I_{б кз}) подобен треугольнику (U_ба, U_бн, а), то отношение отрезков

U_бн / (U_бн – U_ба) = I_{б кз} / I_ба, отсюда

I_{б кз} = U_бн I_ба / (U_бн – U_ба).

Внутреннее сопротивление АБ по такой характеристике, определяется при R_на = 0 (U_ба = 0, I_{б кз} = I_ба),

R_вн = U_бн / I_{б кз}.

В процессе разряда батареи на нагрузке R_н выделяется мощность

P_ба = U_ба I_ба = I²_ба R_на,

т.к. для расчетной вольт - амперной характеристики, напряжение батареи при замкнутой цепи U_ба,

U_ба = I_баR_на = U_бн – I_ба R_вн то,

I_ба = U_бн / (R_вн + R_на),

P_ба = U²_бн / (R_вн +R_на)² × R_на.

Определим величину R_на, при которой от АБ будет передаваться максимальная мощность P_{ба max}, для этого найдем производную функции

P_ба = f (R_н),

и приравняем ее нулю,

d P_ба/ dR_на = [1(R_на + R_вн)² - 2 R_на ( R_на + R_вн)] / (R_на + R_вн)² = 0,

1(R_на + R_вн)² - 2 R_на ( R_на + R_вн) = 0

При R_на = R_вн мощность будет достигать своего максимального значения

P_{ба max} = U²_бн / 4R_вн = U_бн I_{б кз} / 4.

При этом

I_б = 0,5I_бкз, U_н = 0,5U_бн

Рис.10.7. Мощностная характеристика АБ

Т. к. максимум мощности, которую батарея отдает нагрузке находится, при значениях напряжения, близких к U_бн / 2, рабочий участок характеристики в режиме пуска находится левее тока разряда, равного I_{б кз} / 2 (заштрихованный участок).

Методика подбора электропусковой системы двигателя внутрен­него сгорания.

Если заданы предельная температура пуска двига­теля, марка и вязкость масла двигателя, степень заряженности ак­кумуляторной батареи и порядковый номер попытки стартования, то требуемую пусковую мощность, расчетную электромагнитную мощность, обратную ЭДС, силу тока и частоту вращения якоря в расчетном режиме по кратности рабочего тока, а также номиналь­ную емкость и внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи устанавливают в последовательности, аналогичной расчету стар­терного электродвигателя.

Сопротивление стартера

Так как сопротивление источника питания по ГОСТ 9944—77

,

где U_ном - номинальное напряжение батареи, В; 1_СТ - ток стартера; С₂₀ - номинальная емкость батареи, А· ч, в 20 - часовом режиме разряда по ГОСТ 959.0-84; а - коэффициент, ч, определяющий внутреннее сопротивление батареи, зависящее от условий разряда и конструктивных особенностей батарей, принимаемый в соответствии с данными табл. 26.11.

Таблица 26.11

Емкость батареи С20> Ач	Значение коэффициента а
	при определении номинальных характеристик	при определении пусковых характеристик
		^ном = = 12 В	^ном "~ = 24 В
До 100 Более 100 55(6СТ-55ЭМ) 190(6СТ-190ТР)	0,05 0,057 0,038 0,046	0,112 0,129 0,081 0,125	0,108 0,121 0,077 0,108

суммарное сопротивление цепи якоря для номинальных рабочих характеристик равно

и максимальная электромагнитная мощность

С достаточным приближением номинальная мощность

Вращающий момент на валу стартера в рабочем режиме

По номинальным рабочим характеристикам выбирают такой стартер, у которого вращающий момент при расчетном рабочем токе и номинальная мощность равны или близки расчетным значе­ниям. Если номинальная емкость аккумуляторной батареи, для которой построены номинальные рабочие характеристики электро­стартера, отличается от расчетной, необходимо проверить правиль­ность выбора расчетной емкости и в случае необходимости подо­брать батарею другой емкости.

Работоспособность электропусковой системы двигателя вну­треннего сгорания оценивают путем совмещения приведенных к ко­ленчатому валу механических характеристик стартера и двигателя (рис. 41).

Рис. 41. Совмещенные механические ха­рактеристики стартера и двигателя внутреннего сгорания (t₁ > t₂ > t₃)

Пересечение кривых, соответствующих одной расчетной температуре, дает значение частоты вращения n_пр коленчатого вала в установившемся режиме провертывания электростартером. Систему пуска считают пригодной для данного двигателя внутреннего сгорания, если при заданной предельной температуре пуска соблюдается условие n_пр > n_min.

Так как с понижением температуры частота вращения n_пр уменьшается, а минимальная пусковая частота вращения n_min возрастает, совмещение кривых функций n_min (t) и n_пр (t) на одном графике позволяет определить предельную температуру пуска дви­гателя внутреннего сгорания (рис. 42).

Рис.42. Определение предельной температуры пускадвигателя внутреннего сгорания

Изменение температуры приводит к изменению режима работы стартера на двигателе внутреннего сгорания по кратности тока k. С повышением температуры возрастает вращающий момент стар­тера и одновременно снижается ток короткого замыкания. По­этому режим работы стартера на рабочих характеристиках сме­щается в сторону больших значений кратности тока k (рис. 43).

Рис. 43. Режимы работы электростартера на двигателе внутреннего сгорания (t₁> t₂> t₃)

При проектировании или выборе электропусковой системы в первую очередь необходимо удовлетворять условию компоновки стартера на двигателе внутреннего сгорания. При малых переда­точных отношениях привода стартера для повышения быстроход­ности и уменьшения габаритных размеров стартерные электродви­гатели проектируют из расчета работы их при минимальной темпе­ратуре пуска (в наиболее тяжелых условиях) в режиме по кратно­сти тока k = 2/3. Однако в этом случае возрастает номинальная мощность стартера и сила тока в рабочем режиме, что требует уве­личения номинальной емкости аккумуляторной батареи для сохра­нения того же запаса ее энергии по числу попыток стартования.

Наилучшее использование стартерного электродвигателя по мощности имеет место при работе его в режиме максимальной по­лезной мощности при заданной расчетной температуре. Оптималь­ное использование энергии аккумуляторной батареи обеспечи­вается при работе системы с максимальным КПД. Наивыгодней­шего согласования характеристик электропусковой системы и дви­гателя можно достигнуть путем изменения передаточного отноше­ния привода стартера. С увеличением передаточного числа режим работы стартерного электродвигателя смещается в сторону мень­шей кратности рабочего тока. Так как условия пуска двигателя внутреннего сгорания и выходные характеристики электропуско­вой системы зависят от температуры пуска, для каждой расчетной температуры существует наивыгоднейшее передаточное отношение привода.

Рис.10.3. Зависимость крутящего момента стартера и момента проворачивания двигателя от оборотов двигателя.