Устройство электрических стартеров

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. 2. Принципиальные электрические схемы

 

Электрическая схема стартера (рис 4):

 

 

1. Battery – аккумулятор, 2. Fusible link - плавкая вставка (фактически предохранитель, выполненый в виде плавкой части в начале провода от аккумулятора на стартер), 3. Ignition switch - Выключатель (точнее "включатель" зажигания, это в нашей стране включатели умудрились обозвать "выключателями", 4. ECU – компьютер, 5. EFI – инжектор, 6. Engine – мотор.

 

 

 

Рис.5  Схема электрической цепи стартера

1 - аккумуляторная батарея; 2 - предохранитель; 3 - замок зажигания; 4 - реле стартера 

Работа стартера состоит из трех этапов:

1. Механизм привода стартера  вводит шестерню на валу якоря  в зацепление с зубчатым венцом маховика.

2. Начинается вращение вала якоря  стартера вместе с шестерней,  которая проворачивает коленчатый  вал двигателя через маховик,  тем самым, запуская двигатель. 

3. После начала работы двигателя,  механизм привода выводит шестерню  стартера из зацепления с зубчатым венцом маховика.

 

 

1.3. Крепление стартеров на двигателях

 

Обычно стартер располагают  сбоку картера двигателя, при  этом крышка со стороны привода обращена в сторону маховика и входит в  отверстие картера сцепления.

Стартеры мощностью свыше  4,4кВт с диаметром корпуса 130-180 мм устанавливают в углублениях специальных приливов двигателя. К посадочной, поверхности прилива двигателя корпус стартера прижимается стальными лентами или литыми скобами. От проворота стартер фиксируют шпонками или штифтами. Шестерня механизма привода стартера может быть установлена между опорами под крышкой или консольно за ее пределами.

 

 

1.4. Защита от посторонних тел и воды

 

В эксплуатации стартеры подвержены воздействию влаги, масла, грязи. Конструкция  стартера предусматривает защиту от них. Лучше защищены стартеры грузовых автомобилей. Герметизация обеспечивается установкой в местах разъема резиновых колец, применением втулок и уплотнительных прокладок из мягких пластических материалов. Герметизация стартера в местах вывода обмоток тягового реле и стартера обеспечивается установкой резиновых, шайб. Попадание в стартер и тяговое реле грязи, влаги и посторонних тел исключается благодаря установке резинового сильфона 19 (рис. 10.19) и резиновой армированной манжеты 27 в промежуточной опоре 26. Герметизирующий сильфон 19 не должен препятствовать регулированию механизма привода.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Особенности работы электростартеров и требования к электростартерам

 

Электростартер получает питание  от аккумуляторной батареи - автономного  источника электроэнергии ограниченной мощности. Вследствие внутреннего падения  напряжения в батарее напряжение на выводах электростартера не остается постоянным, а уменьшается с увеличением нагрузки и силы потребляемого тока.

Сила тока электростартеров может  составлять несколько сот и даже тысяч ампер. При такой силе тока на характеристики стартерного электродвигателя большое влияние оказывает падение  напряжения в стартерной сети, т.е. в стартерном проводе и “массе”.

Характеристики стартерных электродвигателей  зависят от емкости и технического состояния аккумуляторной батареи. “Семейству” вольт-амперных характеристик  батареи (см. рис. 10.33) соответствует  “Семейство” рабочих и механических характеристик стартерного электродвигателя.

Для стартерного электропривода двигателя  характерна значительная неравномерность  нагрузки, обусловленная резким изменением момента сопротивления, от сил давления газов в цилиндрах и сложной  кинематикой кривошипно-шатунного механизма. При переменной нагрузке снижается мощности и КПД системы пуска, что необходимо учитывать при выборе мощности стартерного электродвигателя и емкости аккумуляторной батареи.

Режим работы электростартеров - кратковременный  с длительностью включения до 10 с при температуре 20°С. При отрицательных температурах допускается, длительность работы до 15 с для стартеров бензиновых двигателей и до 20 с для, стартеров дизелей.

Длительное время по отношению  к периоду прокручивания коленчатого  вала двигателя стартер может работать в режимах полного торможения и холостого хода. Якорь стартера должен без повреждений в течение 20 с выдерживать нагрузки, возникающие при частоте вращения коленчатого вала, на 20% превышающей частоту его вращения в режиме холостого хода.

Якорь стартера должен иметь надежный привод к коленчатому валу при  пуске двигателя и автоматически  отключаться от него после осуществления  пуска. Конструкция стартерами зубчатая передача должны обеспечивать надежный ввод шестерни в зацепление и передачу коленчатому валу двигателя вращающего момента. Шестерня привода стартера не должна самопроизвольно входить в зацепление с венцом маховика. Муфта свободного хода привода должна защищать якорь от механических повреждении.

Тяговое реле стартера должно обеспечивать ввод шестерни в зацепление и включение стартера при снижении напряжения до 9 В Для Uн=12 В и до 18 В для Uн=24 В при температуре окружающей среды (20±5)°С. Контакты тягового реле должны оставаться замкнутыми при снижении напряжения на выводах стартера до 5,4 и 10,8 В При номинальных напряжениях соответственно 12 и 24 В.

Автомобильные электростартеры имеют  степень защиты не ниже IRX4 (по ГОСТ 14254-80), кроме полости механизма привода.

Пусковой цикл (попытка пуска) на двигателе (на стенде) не должен превышать 15 с при температуре окружающей среды (20±5)°С. Допускается не более трех пусковых циклов подряд с перерывам между ними не менее 30 с. После охлаждения стартера до температуры окружающей среды допускается еще один пусковой цикл.

Не допускается нагружать стартер  более чем на номинальную мощность. Повышение температуры стартера во время пусковых циклов не должно приводить к изменениям, отрицательно влияющим на его работоспособность.

Рациональному использованию аккумуляторной батареи, имеющей в системе пуска относительно большую массу и в наибольшей степени подверженной влиянию эксплуатационных факторов, способствуют правильное согласование характеристик элементов системы, пуска и обоснованный выбор ее схемы и параметров, при которых расходуется минимальное количество энергии источника тока.

Для уменьшения длины стартерных проводов, габаритных размеров и массы стартера и батареи, а также для удобства их установки и технического обслуживания важно предусмотреть рациональное размещение элементов системы пуска двигателя на автомобиле.

Параметром, определяющим рациональное согласование мощностной характеристики пускового устройства с пусковыми  характеристиками двигателя, является передаточное число привода. При  изменении передаточного числа привода меняется наклон механической характеристики стартерного электродвигателя, приведенной к коленчатому валу двигателя. С повышением передаточного числа приведенный вращающий момент увеличивается, а приведенная частота вращения вала уменьшается. Максимальное значение мощности электростартера смещается в сторону меньшей частоты вращения коленчатого вала. Для каждого типа двигателя и заданных условий пуска существуют наивыгоднейшие передаточные числа, при которых наилучшим образом используются мощностные характеристики стартерного электродвигателя.

Автомобильные электростартеры должны обеспечивать номинальные параметры  при нормальные климатических условиях: температура окружающего воздуха (25±10)°С; относительная влажность (45-80)%; атмосферное давление (84-106) кПа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Характеристики электростартеров

 

Свойства электростартеров оценивают  по рабочим и механическим характеристикам. Рабочие характеристики представляют в виде зависимостей напряжения на зажимах стартера U_ст полезной мощности P₂ на валу, полезного вращающего момента M₂, частоты вращения якоря nа и КПД стартерного электродвигателя от силы тока якоря I_а.

При вращении якоря в его обмотке  индуцируется ЭДС:

Е_а = c_еn_aФ,

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

Ф – магнитный поток, пpoxoдящий  через воздушный зазор и якорь  электродвигателя.

При питании стартера от аккумуляторной батареи ЭДС:

Eа = U_н - D U_щ – I_аR_аD = U_н - D U_щ – I_а(R_б + R_пр + R_а + R_с),

где D U_щ - падение напряжения в контактах щетки-коллектор;

R_с - суммарное сопротивление цепи якоря;

Я_др - сопротивление стартерной сети;

R_а - сопротивление обмотки якоря;

R_д – сопротивление последовательной обмотки возбуждения. 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_а0 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 = СМI_аФ,

где С_м - постоянная электрической машины.

В электродвигателях с последовательным возбуждением через обмотку возбуждения  проходит весь ток якоря I_a, поэтому магнитный поток возрастает с увеличением нагрузки стартера. При одинаковых номинальных параметрах электродвигателей с параллельным и последовательным возбуждением последние развивают большие полезные моменты М_2к 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 D Р₂ 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_а + I_s,

где I_s = U_c/R_s - сила тока в параллельной обм6тке возбуждения;

      R_s - сопротивление параллельной обмотки возбуждения.

Рис. 6. Рабочие характеристики стартерного  электродвигателя с последовательным возбуждением.

Подводимая к стартерному электродвигателю мощность

P₁ = U_cтI.

КПД стартерного электродвигателя

Рис. 7. Механические характеристики стартерных электродвигателей: 1 – с последовательным возбуждением; 2 – со смешанным возбуждением.

Механические характеристики электростартеров обычно представляют в виде зависимости вращающего момента M₂ от частоты вращения якоря n_a (рис. 7).

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 P₂ электродвигателя уменьшаются (рис. 8). При той же частоте вращения n_а уменьшается вращающий момент М₂ (рис.8).

Влияние электросопротивления источника  электроснабжения и стартерной сети на рабочие и механические характеристики стартерных электродвигателей требует однозначного указания условии, 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_н частота вращения n_н и вращающий момент М_н.