5 какой вид возбуждения имеет исследованный стартер
К валу двигателя подключена нагрузка (то, что он должен крутить)
Если проверить как будет меняться момент двигателя по мере разгона нагрузки, то оказывается, что сначала, он самый большой, постепенно снижается.
Механическая характеристика электродвигателя с последовательным возбуждением.
Из характеристики видно, что пока двигатель не тронулся с места (обороты раны нулю) крутящий момент максимальный.
Это самое подходящее свойство для пуска тяжелых нагрузок. Момент должен быть максимальным именно тогда, когда нагрузка еще не сдвинулась с места. Дальше, по мере разгона, момент сопротивления снижается, поэтому момент электродвигателя способен поддерживать вращение нагрузки. Такие свойства подходят для многих случаев, когда надо сдвинуть с места, например, электропоезд, подъемный механизм и т. д.
Начало вращения двигателя внутреннего сгорания тоже тяжелый процесс. Детали двигателя имеют внушительную массу, а кроме того, двигатель сразу же начинает сжимать воздух в части цилиндров, поэтому провернуть его очень непросто.
Таким образом, для стартера нужно использовать двигатель с последовательным возбуждением. У него самый большой крутящий момент, пока он еще не тронулся с места.
Схема электродвигателя стартера с последовательным возбуждением
Обмотки возбуждения расположены вокруг якоря с минимальным зазором, чтобы создать сильное магнитное поле. Ток возбуждения и ток якоря это один и тот же ток, он сначала проходит через одну обмотку возбуждения, потом через вторую, потом через плюсовые щетки, связанные перемычкой, проходит чрез якорь на минусовые щетки.
Другой вариант, тоже последовательное возбуждение, только ток возбуждения разветвляется на две ветви.
Еще одна схема на которой показана полярность намагничивания
Двигатель с последовательным возбуждением имеет опасный недостаток
Если его раскрутить и отпустить (снять нагрузку) он начнет легко раскручиваться дальше, обороты вырастут настолько, что проводники центробежной силой выдернет из ротора, это печальный конец, стартер заклинит и его надо будет сдать в металлолом.
Коротко можно записать так: электродвигатель с последовательным возбуждением склонен к разносу.
Электродвигатель с смешанным возбуждением
Двигатель с параллельным возбуждением значительно хуже справится с началом вращения, но зато, он не боится разноса.
Компромиссное решение состоит в том, что для стартерного электродвигателя применяют смешанную схему возбуждения – основная обмотка последовательная и вспомогательная параллельная. Параллельная обмотка тоже помогает крутить электродвигатель, он она еще и не дает стартеру уйти в разнос.
В этой схеме ток от аккумулятора разветвляется, часть тока идет через левую обмотку возбуждения и последовательно идет через щетки в якорь. Другая часть тока идет через правую, параллельную обмотку возбуждения, сразу на минус.
Большая часть поздних схем стартеров с электромагнитным возбуждением сделаны именно по такой схеме.
Система запуска двигателя предназначена для создания первичного крутящего момента коленвала двигателя с оборотами, необходимыми для образования нужной степени сжатия, для воспламенения горючей смеси. Управление системой запуска может быть ручным, автоматическим и дистанционным.
Система пуска двигателя состоит из основных функциональных устройств:
🔹 Аккумуляторная батарея
🔹 Стартер
🔹 Механизмы управления запуска (замок зажигания, блок управления автоматическим пуском, система дистанционного управления)
🔹 Соединительные провода большого сечения (многопроволочные медные).
Предъявляемые требования к системе запуска:
🔹 надежность работы стартера (отсутствие поломок в 45-50 тыс. км. пробега)
🔹 возможность уверенного запуска в условиях пониженных температур
🔹 способность системы к многоразовым пускам в течение короткого времени.
Устройство стартера автомобиля
Основным узлом системы запуска двигателя является стартер. Представляет собой электродвигатель постоянного тока напряжением 12 вольт и, развивающий на холостом ходу примерно 5000 об\мин.
Стартер состоит из пяти основных элементов:
⃣ Корпус стартера выполнен из стали, имеет форму цилиндра. На внутреннюю стенку корпуса крепятся обмотки возбуждения (обычно четыре) совместно с сердечниками (полюсами). Крепеж происходит винтовым соединением. Винт закручивается в сердечник, который прижимает обмотку к стенке. Корпус имеет резьбовые технологические отверстия для крепления передней части, в которой происходит движение обгонной муфты.
⃣ Якорь стартера представляет собой ось из легированной стали, на которую запрессован сердечник якоря и коллекторные пластины. Сердечник имеет пазы для укладки обмоток якоря. Концы обмоток надежно крепятся к коллекторным пластинам. Коллекторные пластины расположены по кругу и жестко установлены на диэлектрической основе. Диаметр сердечника напрямую связан с внутренним диаметром корпуса (совместно с обмотками). Якорь крепится в передней крышке стартера и в задней крышке при помощи втулок, изготовленных из латуни, реже из меди. Втулки одновременно являются и подшипниками.
⃣ Втягивающее реле или тяговое реле устанавливается на корпус стартера. В корпусе тягового реле, в задней части находятся силовые контакты – «пятаки», и подвижный контакт-перемычка, выполненные из мягких металлов. «Пятаки» представляют собой обыкновенные болты, запрессованные в эбонитовую крышку тягового реле. При помощи гаек к ним крепятся силовые провода от аккумулятора и от плюсовых щеток стартера. Сердечник тягового реле соединяется, через подвижное «коромысло» с обгонной муфтой, в простонародье именуемой бендиксом.
⃣ Обгонная муфта (бендикс) крепится подвижно на вал якоря и представляет собой роликовый механизм, который связан с шестерней зацепления с венцом маховика. Конструкция собрана так, что при подаче крутящего момента на бендикс в одну сторону, ролики, находящиеся в сепараторе выходят из пазов сепаратора и жестко фиксируют шестерню к наружной обойме. При вращении в противоположную сторону ролики западают в сепаратор, и шестерня вращается независимо от наружной обоймы.
⃣ Щеткодержатель элемент стартера, через который подается рабочее напряжение на медно-графитные щетки, а затем передается на коллекторные пластины якоря. Выполнен щеткодержатель в виде диэлектрической обоймы с металлическими вставками, внутри которых находятся щетки. Контакты щеток (мягкий многожильный провод) при помощи точечной сварки привариваются к полюсным пластинам. Полюсными пластинами обычно являются «хвосты» обмоток возбуждения.
Принцип работы пусковой системы и стартера
Этапы работы стартера следующие: стыковка с зубчатым венцом маховика, пуск стартера, расстыковка стартера.
На деле это выглядит следующим образом: при включении замка зажигания и повороте ключа в положение «запуск», по цепи «+» АКБ — замок зажигания — обмотка тягового реле — «+» выхода стартера — плюсовая щетка — обмотка якоря — минусовая щетка, срабатывает тяговое реле. Под действием сердечника реле подвижный контакт замыкает силовые пятаки, через которые подается ток от АКБ на плюсовой провод стартера. Плюс стартера соединен с плюсовой полюсной пластиной и плюсовыми щётками. Минус по умолчанию подключен постоянно.
После подачи тока вокруг обмоток якоря и обмоток возбуждения возникают магнитные потоки, которые направлены в одну сторону а, как известно, одинаковые полюса магнита отталкиваются друг от друга, так возникает круговое движение якоря.
В момент срабатывания втягивающего реле, «коромысло» приходит в движение вместе сердечником реле и выталкивает бендикс на шлицах якоря, в сторону венца маховика. Якорь в этот момент начинает вращается и приводит в действие маховик. Если двигатель автомобиля завелся, а ключ зажигания еще не отпущен, наступает момент, когда обороты двигателя превышают обороты стартера, в этом случае срабатывает обгонный механизм бендикса.
Для дизельных двигателей или двигателей большой мощности, применяется другой механизм подачи вращения на бендикс. Применяется редуктор, встроенный в корпус стартера. Редуктор представляет собой механизм привода трансмиссии, т.е. по внутренней зубчатой обойме вращаются три сателлита, которые и приводят в действие вал, на котором подвижно находится бендикс. Достоинство таких стартеров в малых габаритах и большой мощности.
Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.
После запуска двигателя частота вращения шестерни начинает превышать частоту вращения якоря стартера. Внутреннее кольцо обгонной муфты (объединенное с шестерней) увлекает ролики в широкую часть паза наружного кольца 5, сжимая пружины плунжеров. В этой части паза ролики свободно вращаются, не заклиниваясь, и крутящий момент от маховика двигателя не передается на вал якоря стартера.
После возвращения ключа в положение I ("Зажигание") цепь питания обмоток тягового реле размыкается. Якорь реле под действием пружины 12 возвращается в исходное положение, размыкая контакты 25 и 27 и возвращая обгонную муфту с шестерней в исходное положение. Пружина через рычаг, диск 44 и ограничитель 43 давит на якорь в сторону крышки 28. Стальной тормозной диск 31 вала якоря упирается в тормозной диск крышки, и якорь быстро прекращает вращение.
Технические характеристики стартеров В таблице 2.1 приведены в качестве примера основные характеристики стартеров СТ221, 35.3708, 29.3708 и 421.3708.
Таблица 2.№ Наименование п/ СТ221 35.3708 29.3708 421. параметра п 1. Номинальное 12 12 12 напряжение, В 2. Номинальная 1,3 (1,77) 1,3 (1,77) 1,3 (1,77) 1,5 (2,04) мощность, квт (л.с.) 3. Направление вра- правое правое левое левое щения (со стороны шестерни привода) 4. Возбуждение (об- смешанное смешанное смешанное последовамотка) тельное 5. Привод шестерней с роликовой муфтой свободного хода 6. Число зубьев шес- 11 11 терни привода стартера 7. Модуль 2,116 2,116 2,8. Диаметр якоря, мм 66,9 66,95 66,95 9. Длина пакета якоря, 59,5 49,5 49,5 мм 10. Коллектор:
тип цилиндри- торцовый торцовый цилиндрический ческий диаметр, мм 39 65 65 число пластин 31 31 31 11. Обмотка статора:
число последова- 2 3 3 тельных катушек число витков по- 10 5 5 следовательной катушки (каждой) размеры провода 1,1х5,3 2,24х5,3 2,24х5,3 1,5х5,последовательной катушки, мм число параллель- 2 1 1 – ных катушек число витков па- 170 170 170 – раллельной катушки диаметр провода 0,6 0,6 0,6 – параллельной катушки, мм 12. Обмотка якоря:
число секций 31 31 31 число витков в сек- 1 1 1 ции (размеры про- (1,65х3,4) (1,65х3,4) (1,65х3,4) (1,8х4,0) вода, мм) число пазов в якоре 31 31 31 шаг проводников 1-8 1-8 1-8 1-секции по пазам якоря шаг проводников 1-15 1-15 1-15 1-секции по коллектору 13. Щетки:
тип МГС20 МГС20 МГС20 МГСА число 4 4 4 размеры, мм 7х16х20 7х16х20 7х16х20 8,8х19,2хсила натяжения ще- 0,9-1,1 0,9-1,1 0,9-1,1 1,0-1,точной пружины, кто 14. Тяговое реле:
напряжение вклю- 9 9 9 чения, В ток, потребляемый 34,3 24,4 24,4 24,втягивающей обмоткой, А 15. Режим номинал.
крутящий момент 0,8 0,76 0,76 0,на валу стартера, кгс-м частота вращения 1570 1650 1650 вала стартера, мин–сила тока, А 270 280 280 16. Режим холостого хода:
напряжение, В 11,5 11,5 11,5 11,сила тока, А 35 75 75 частота вращения 5000±500 5000±500 5000±500 5000±вала стартера, мин–17. Режим полного торможения:
крутящий момент 1,4 1,4 1,4 1,на валу стартера, кгс-м сила тока, А 500 500 500 напряжение не бо- 6,5 7 7 лее, В 18. Масса стартера, кг 8,5 7,5 6 7,19. Применение ВАЗ-2101, ВАЗ-2104, ВАЗ-2108, М2140, …07 … 07, 21 09 ИЖ2715, АЗЛККонтрольные вопросы:
1. Каково назначение стартера 2. Как устроен стартер 3. По каким конструктивным характеристикам различают стартеры 4. Каково назначение … (например, полюсов статора, якоря, коллектора, щеток, муфты свободного хода, ), и какую функцию этот узел (элемент) стартера выполняет 5. Какой вид возбуждения имеет исследованный стартер 6. Сколько обмоток в стартере Что это за обмотки, и каково их назначение 7. Какие факторы обуславливают выбор стартера для конкретного двигателя Литература:
1. Ютт В. Е. Электрооборудование автомобилей. - М.: Транспорт, 2000.
2. Чижков Ю.П., Акимов А.В. Электрооборудование автомобилей. Учебник для вузов. - М.: Изд-во За рулем, 2000.
3. Пятков К.Б. Электрооборудование ВАЗ 2103, 2106: устройство и ремонт. - М.: Третий Рим, 1998.
Лабораторная работа №КОНСТРУКЦИЯ, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ, ХАРАКТЕРИСТИКИ АВТОМОБИЛЬНОГО ГЕНЕРАТОРА И ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ Цель работы: изучение конструкции, принципа действия, технологии разборки и сборки, оценка технического состояния генератора Г–221.
Основные этапы работы:
1. Внеаудиторная подготовка к работе в лаборатории.
2. Работа в лаборатории, связанная с разборкой генератора Г–221, оценкой технического состояния его узлов и элементов и сборкой генератора.
3. Обработка и анализ полученной в лаборатории информации, оформление отчета по проделанной работе.
4. Защита лабораторной работы.
1. Внеаудиторная подготовка к работе в лаборатории.
1.1. Используя конспекты лекций, учебники и учебные пособия, методические указания к настоящей лабораторной работе, а также доступный справочный материал:
– ознакомиться с назначением и принципом действия трехфазного автомобильного генератора;
– изучить устройство автомобильных генераторов, назначение их узлов и элементов;
– ознакомиться с основными техническими характеристиками;
– ознакомиться с требованиями к техническому состоянию основных узлов и элементов;
– изучить технологию разборки генератора Г–221.
1.2. В процессе подготовки к работе в лаборатории найти ответы на контрольные вопросы методических указаний.
1.3. Подготовить таблицу оценки технического состояния элементов и узлов генератора по образцу, приведенному в настоящем руководстве.
2. Работа в лаборатории.
2.1. Для ознакомления с конструкцией и элементами генератора изучить демонстрационный стенд и плакаты, посвященные генератору.
2.2. Получить набор инструментов, необходимых для разборки и сборки генератора типа Г–221.
2.3. Разобрать генератор в следующем порядке:
2.3.1. С помощью ключа № 24 отвернуть гайку крепления шкива вентилятора, снять пружинную коническую шайбу и посредством широкой отвертки снять шкив.
2.3.2. Вынуть из паза на валу ротора сегментную шпонку.
2.3.3. Отвернуть отверткой винт 8 (рис.3.1) крепления щеткодержателя и снять щеткодержатель.
Рисунок 3.1 - Устройство генератора Г221:
1–крышка со стороны контактных колец; 2–выпрямительный блок;
3–вентиль (диод); 4–болт крепления выпрямительного блока;
5–контактное кольцо; 6–задний подшипник; 7–вал ротора; 8–винт крепления щеткодержателя;
9–вывод «30» генератора;
10–стяжной болт; 11–штекер «нулевого привода»;
14–шпилька крепления генератора к натяжной планке; 15–шкив с вентилятором; 16, 23–полюс ротора; 17–втулка; 18–передний подшипник; 19–крышка со стороны привода; 20–обмотка ротора;
21–статор; 22–обмотка статора.
2.3.4. Ключом № 10 отвернуть гайки четырех стяжных болтов 10.
2.3.5. Снять крышку 19 со стороны привода, а затем ротор в сборе.
2.3.6. Ключом № 7 отвернуть гайки винтов, соединяющих наконечники вентилей с выводами обмотки статора.
2.3.7. Вынуть из колодки штекерного разъема штекер 11 «нулевого» провода.
2.3.8. Извлечь статор 21 из крышки 1 генератора.
2.3.9. Ключом № 10 отвернуть гайку вывода 30 и снять выпрямительный блок 2 с вентилями положительной полярности.
2.4. Оценить техническое состояние генератора.
2.4.1. Осмотреть состояние статора генератора. Оценить состояние изоляции видимой части обмотки.
Осмотреть выводы обмотки статора и сделать заключение о состоянии изоляции выводов и их наконечников. При наличии окисления наконечников произвести их очистку с помощью абразивной бумаги. Провод статорной обмотки не должен иметь следов перегрева.
Примечание - Все выводы и результаты оценки технического состояния элементов и узлов записать в заготовленную ранее таблицу, аналогичную Э2.1.
С помощью омметра проверить целостность изоляции обмотки. Для этого один зажим прибора необходимо подключить к одному из наконечников выводов обмотки, а другой к магнитопроводу. Сопротивление изоляции должно быть равным бесконечности. С помощью омметра проверить целостность статорной обмотки, для чего следует измерить сопротивление фазных обмоток между разъемом «нулевого» провода и каждым из трех выводов статорной обмотки. Сопротивление должно быть близким к нулю.
2.4.2. Визуально проследить прохождение обмоточного провода обмотки, ближайшей к внутренней поверхности магнитопровода статора, на основании чего составить схему укладки трехфазной обмотки статора.
2.4.3. Осмотреть ротор генератора. Проверить состояние подшипников.
Внешние обечайки подшипников должны свободно вращаться относительно внутренних обечаек. Кроме этого, люфт одной обечайки относительно другой должен практически отсутствовать.
2.4.4. Проверить состояние медных контактных колец. Внешние поверхности колец должны быть чистыми и ровными, без механических повреждений и задиров.
2.4.5. С помощью омметра измерить сопротивление обмотки возбуждения. Для чего прибор необходимо подключить к контактным кольцам. Прибор должен показать сопротивление в несколько Ом. На кольцах не должно быть следов подгара.
2.4.6. Измерить сопротивление изоляции обмотки возбуждения от корпуса ротора. Для этого одним щупом прибора необходимо коснуться одного из контактных колец, а другим щупом коснуться чистой поверхности магнитопровода ротора. Сопротивление изоляции должно быть равным бесконечности.
2.4.7. Проверить исправность диодов выпрямительного блока. Для этого с помощью омметра измерить их сопротивления в прямом и обратном направлении. Сопротивление диода в прямом направлении должно быть мало и практически равно бесконечности в обратном направлении. Следует обратить внимание на то, что при измерении прямого сопротивления показания омметра зависят от типа используемого прибора и составляет от нескольких Ом до нескольких десятков Ом.
2.4.8. Осмотреть щеткодержатель со щетками. Длина щеток не должна быть менее 8 мм. Щетки должны свободно перемещаться в направляющих, не иметь сколов. Поверхность трений о кольца должна быть ровной. Направляющие щеткодержателя должны быть без механических повреждений и без следов подгара или оплавления. Щетки должны выступать из щеткодержателя не менее чем на 5 мм. Пружины щеткодержателя должны быть исправными. Исправность пружин можно проверить путем нажатия на щетки. При снятии уси лия щетки должны вернуться под действием пружин в исходное положение.
2.4.9. Проверить состояние крышек генератора. Они не должны иметь механических повреждений.
Все результаты оценки технического состояния генератора занести в таблицу.
2.5. Сборка генератора 2.5.1. Поставить на место вертикальные блоки генератора. Поставить на место болт вывода «30» и завернуть с небольшим усилием гайку вывода.
2.5.2. Правильно вставить статор в заднюю крышку с вентильным блоком и закрепить наконечники выводов обмотки статора на выводы диодов. Неизолированные токопроводящие наконечники выводов обмотки статора и перемычки между диодами должны отстоять от радиаторов не менее чем на 3 мм.
2.5.3. Вставить ротор генератора в статор и заднюю крышку. Подшипник ротора должен плотно войти в гнездо задней крышки.
2.5.4. Поставить переднюю крышку генератора на место. Ось ротора должна войти в подшипник передней крышки. Поставить на место четыре стяжных болта. Надеть на болты шайбы и вручную завинтить гайки стяжных болтов.
2.5.5. Повернуть ось ротора на несколько оборотов. Ротор должен свободно вращаться в подшипниках и не задевать за статор. Затянуть гайки стяжных болтов и повторно провернуть ротор. Ротор должен вращаться свободно.
2.5.6. Установить на место шкив приводного ремня, шпонку, шайбу. Закрепить шкив генератора на его оси с помощью гайки ключом № 24.
2.5.7. Установить на заднюю крышку щеткодержатель со щетками и закрепить их винтом с помощью отвертки.
2.6. Привести в порядок инструменты и рабочее место. Сдать набор инструментов, измерительный прибор и генератор.
2.7. Представить преподавателю для проверки таблицу оценки технического состояния генератора.
3. Оформить отчет, проведя анализ технического состояния генератора.
Сформулировать заключение о пригодности генератора к эксплуатации.
Методический материал к лабораторной работе Автомобильные генераторные установки В настоящее время коллекторные генераторы постоянного тока, работающие совместно с вибрационными реле-регуляторами практически полностью вытеснены вентильными генераторами–генераторами переменного тока со встроенными в них выпрямителями. Это обусловлено следующим: вентильные генераторы при той же мощности в 1,8…2,5 раза легче генераторов постоянного тока, имеют большую максимальную мощность, более надежны. Современные вентильные генераторы включают в свою конструкцию и выпрями тель и регулятор напряжения. В схемы генераторных установок стали добавляться элементы защиты от аварий.
Главным требованием, предъявляемым к генераторным установкам, является обеспечение электропитанием потребителей во всех режимах работы автомобиля при работающем двигателе. Номинальное напряжение генератора равно 14 В или 28 В (для дизельных двигателей). Номинальная мощность генератора определяется произведением номинального напряжения на максимальную силу выходного тока. Максимальный ток, отдаваемый генератором, указывается обычно при частоте вращения 5000 мин–1, а для современных генераторов – при частоте 6000 мин–1.
Генераторные установки выполняются по однопроводной схеме, в которой с корпусом соединен отрицательный полюс системы.
Условное обозначение генераторных установок.
Обозначение элементов современной генераторной установки производится следующим образом:
хххх.3702 – регулятор напряжения.
Перед точкой в обозначении ставятся соответствующие цифры. Первые две цифры обозначают порядковый номер модели, третья – модификацию изделия, четвертая – исполнение (1–для холодного климата, 2– общеклиматическое исполнение, 3–для умеренного и тропического климата, 6– экспортное исполнение, 7–тропическое исполнение, 8–экспортное исполнение для стран с холодным климатом, 9–экспортное общеклиматическое исполнение).
Цифры до точки кроме первых двух могут опускаться. Иногда модификация указывается цифрами через дефис в конце обозначения (например: 121.3702–01).
До введения этой системы обозначение генератора содержало букву Г (Г250 и т.п.), а регулятора напряжения–буквы РР (РР24 и т.п.). Следующими за буквами цифры обозначали номер модели и модификацию. Некоторые изготовители давали свое обозначение изделий (например: Я112).
Принцип действия вентильного генератора Преобразование механической энергии, которую автомобильный генератор получает от двигателя внутреннего сгорания через ременную передачу в электрическую происходит, в соответствии с явлением электромагнитной индукции. Суть явления состоит в том, что, если изменять магнитный поток, пронизывающий катушку, витки которой выполнены из проводящего материала, например, медного провода, то на выводах катушки появляется электрическое напряжение, равное произведению числа ее витков на скорость изменения магнитного потока. Совокупность таких катушек образует в генераторе обмотку статора. Возможны два варианта изменения магнитного потока: по значению и направлению, что обеспечивается в щеточной конструкции вентильного генератора или только по значению, что характерно для индукторного бесщеточно го генератора. Для образования магнитного потока достаточно пропустить через катушку электрический ток. Эта катушка образует обмотку возбуждения.
Сталь, в отличие от воздуха, хорошо проводит магнитный поток. Поэтому основные узлы генератора, в которых происходит преобразование механической энергии в электрическую, состоят из стальных участков и обмоток, в которых создается магнитный поток при протекании в ней электрического тока (обмотка возбуждения), и возникает электрический ток при изменении этого потока (обмотка статора).
Рисунок 3.2 - Генератор переменного тока с ротором, представляющим собой постоянный магнит Обмотка статора с его магнитопроводом образует собственно статор, главную неподвижную часть, а обмотка возбуждения с полюсной системой и некоторыми другими деталями (валом, контактными кольцами) - ротор, главную вращающуюся часть.
Если обмотка якоря электродвигателя и обмотка возбуждения подключены к различным источникам питания, данный двигатель называют двигателем с независимым возбуждением. Механические и электромеханические характеристики такого двигателя аналогичны характеристикам двигателя с параллельным возбуждением (рис. 1), так как у него ток возбуждения Iв также не зависит от тока якоря Iя .
Из графиков, представленных на рис. 1, б и 1, в видно, что такие электродвигатели характеризуются малой зависимостью частоты вращения якоря от развиваемого вращающего момента, тогда как для стартерного электродвигателя предпочтительнее обратно пропорциональная зависимость между частотой вращения и развиваемым моментом в определенном интервале частот, характерных для режима пуска ДВС.
Последовательное возбуждение
В электродвигателях с последовательным возбуждением обмотка возбуждения подключается последовательно с обмоткой якоря, и поэтому ток в этих обмотках одинаковой величины: Iя = Iв (рис. 2). Следовательно, магнитный поток Ф двигателя является некоторой функцией тока якоря Iя .
Характер этой функции изменяется в зависимости от нагрузки двигателя. При токе якоря Iя меньше 0,8…0,9 номинального тока якоря ( Iном ), когда магнитная система машины насыщена, можно считать, что поток линейно зависит от тока якоря Iя :
где kф – коэффициент пропорциональности, имеющий размерность индуктивности, остается практически постоянным в значительном диапазоне нагрузок.
При дальнейшем возрастании тока якоря поток Ф растет медленнее, чем ток якоря, и при больших нагрузках можно считать величину потока Ф постоянной. В этом случае скоростная и моментальная характеристики становятся линейными аналогично характеристикам двигателя с независимым возбуждением.
Механическая характеристика двигателя с последовательным возбуждением является «мягкой» (рис. 2). При малых нагрузках частота вращения вала n резко возрастает и может превысить максимально допустимое значение (двигатель идет вразнос). Несмотря на этот недостаток, такие двигатели находят широкое применение в различных электрических приводах, где имеют место изменение нагрузочного момента в широких пределах и тяжелые условия пуска. В частности, большинство стартерных электродвигателей имеют последовательное возбуждение.
Объясняется это тем, что «мягкая» характеристика рассматриваемого двигателя более благоприятна для указанных условий работы, чем «жесткая» характеристика двигателя с параллельным возбуждением. При «жесткой» характеристике частота вращения n почти не зависит от момента (рис.1, в).
При «мягкой» характеристике двигателя с последовательным возбуждением частота вращения n обратно пропорциональна М , вследствие чего мощность электродвигателя рассчитывается по формуле:
где С4 – постоянная.
Поэтому при изменении нагрузочного момента в широких пределах, что характерно для пуска ДВС, мощность Рс , а следовательно, и электрическая мощность Рэ = IяUя , и ток Iя у двигателей с последовательным возбуждением изменяются в меньших пределах, чем у двигателей с параллельным возбуждением. Кроме того, они лучше переносят перегрузки.
В электродвигателе со смешанным возбуждением (рис. 3) магнитный поток Ф создается в результате совместного действия двух обмоток возбуждения (рис. 3, а): параллельной (ОВ1) и последовательной (ОВ2). Поэтому его механическая характеристика (рис. 3, в; кривые 3, 4) располагается между характеристиками двигателей с параллельным (прямая 1) и последовательным (кривая 2) возбуждением.
Одним из достоинств двигателя со смешанным возбуждением, которые используются в некоторых конструкциях стартеров, является то, что он, обладая «мягкой» механической характеристикой, может работать на холостом ходу, так как частота вращения холостого хода имеет конечное значение.
Таким образом, в стартерах используются двигатели постоянного тока с последовательным и (в отдельных случаях) со смешанным возбуждением.
На рис. 4 представлены схемы внутренних соединений некоторых стартеров отечественного производства.
Возбуждение от постоянных магнитов
В последние годы на стартерах стали применять электродвигатели с возбуждением от постоянных магнитов, которые имеют пониженное энергопотребление вследствие отсутствия тока возбуждения. Однако такие стартеры имеют недостатки, характерные для электродвигателей с независимым (параллельным) возбуждением.
Кроме того, материал для изготовления постоянных магнитов пока еще очень дорогой, поэтому постоянные магниты вместо обмотки возбуждения в настоящее время используются только для небольших стартеров легковых автомобилей.
Использование в стартерных электродвигателях постоянных магнитов для возбуждения потока дает снижение нагрузки на аккумуляторную батарею при пуске ДВС в связи с тем, что такой электродвигатель имеет малый момент и потребляет малые токи.
Повышается возможность пуска двигателя при низких температурах, снижается выходная мощность при малых нагрузках. Кроме того, такие стартера имеют меньшие габариты, по сравнению со стартерами, имеющими обмотку возбуждения.
Однако высокая частота вращения, характерная для таких двигателей в любом нагрузочном режиме, а также относительно небольшой развиваемый вращающий момент повлекли применение на таких стартерах дополнительной механической передачи, уменьшающей частоту вращения якоря и увеличивающего вращающий момент, передаваемый коленчатому валу ДВС. Обычно в качестве дополнительной механической передачи используется планетарный зубчатый редуктор, конструкция которого отличается компактностью.
К недостаткам, присущим стартерам с возбуждением от постоянных магнитов можно добавить тяжелые условия работы муфты свободного хода и щеточно-коллекторного узла электродвигателя, повышенный шум из-за высокой частоты вращения и наличия редуктора. Применение стартеров с редукторами потребовало изменить технологию их изготовления. В частности, для увеличения механической прочности вращающихся частей стали применять более прочную изоляцию обмоток якоря, пайка соединений в главных цепях заменена сваркой, производится точная балансировка вращающихся частей и т. п.
Электрические стартеры отличаются способами возбуждения электродвигателя, крепления на двигателе, видами механизма привода, степени герметичности.
По способу возбуждения различают стартеры с последовательным, смешанным возбуждением и возбуждением от постоянных магнитов. Смешанное возбуждение применяют для ограничения частоты вращения вала якоря nя в режиме холостого хода. В диапазоне рабочих токов характеристики стартеров смешанного и последовательного возбуждения отличаются незначительно. Характеристики электродвигателей с возбуждением от постоянных магнитов аналогичны характеристикам электродвигателей с независимым возбуждением. Возбуждение от постоянных магнитов применяется на стартерах малой мощности. Для мощных стартеров налаживают выпуск небольших магнитов с высокой энергией, например, на основе элементов неодим-железо-бор.
Электростартер должен иметь надежное соединение с коленчатым валом двигателя на период пуска и автоматически отключаться от него после выхода двигателя на режим самостоятельной работы. От передаточного числа привода от стартера к маховику зависит согласование характеристик стартерного- электродвигателя с пусковыми характеристиками двигателя. Повышение передаточного числа позволяет применять более быстроходные и меньшие по габаритным размерам электродвигатели. С целью увеличения передаточного числа в стартере используют дополнительный понижающий редуктор.
Шестерню привода стартера располагает между опорами под крышкой привода или консольно за пределами крышки. Стартеры с шестерней между опорами могут быть двух- и трехопорными. Двухопорными выполняются стартеры мощностью до 1,5 кВт. В трехопорных стартерах привод с шестерней расположен на валу якоря между подшипниковыми втулками крышки привода и промежуточной опоры.
Консольное расположение шестерни характерно для стартеров с инерционным приводом, перемешающимся якорем, а также для стартеров с тяговыми реле, встроенными в крышку привода соосно с приводом или размещенными в крышке коллектора.
Разработаны конструкции стартеров с одной опорой в крышке коллектора (стартер 29.3708 автомобиля ВАЗ-2108) при расположении второй опоры вала якоря со стороны привода в картере маховика. В этом случае отпадает необходимость в крышке привода, снижаются нагрузки на детали крепления стартера и уменьшается его масса.
На отечественных автомобилях и тракторах применяют стартеры с принудительным электромеханическим включением шестерни, имеющие роликовые, храповые или фрикционные муфты свободного хода (МСХ) и управляемые дистанционно с помощью тяговых электромагнитных реле, устанавливаемых на крышке привода.
Основными деталями и узлами электростартера являются корпус 20 с полюсами и катушками обмотки возбуждения, якорь 22 с коллектором 18 и обмоткой якоря 25, механизм привода с МСХ 26, электромагнитное тяговое реле 11, крышка привода 5, крышка коллектора 15, щеточный узел с щеткодержателями, щетками и щеточными пружинами.
Изменения в конструкции корпусов электростартеров и якорей электродвигателей связаны с применением в качестве катушечной и пазовой изоляции полимерных материалов, а также коллекторов из пластмассы.
Использование пластмассы в коллекторах позволяет увеличить их механическую прочность, дает возможность автоматизировать формирование пакета коллектора. Особый интерес представляют торцовые и свертные коллекторы. Замена цилиндрических коллекторов торцовыми и свертными снижает расход коллекторной меди и повышает срок службы щеточно-коллекторного узла. Свертной коллектор получают из медной ленты, которая подвергается расчеканке на требуемое количество пластин. После свертывания ленты в цилиндр и опрессовки пластмассой цилиндрическую часть коллектора обтачивают, в результате перемычки между пластинами срезаются и они оказываются изолированными.
Механизм привода стартера располагается на шлицевой части вала якоря. МСХ привода обеспечивает передачу вращающего момента от вала якоря маховику во время пуска двигателя и препятствует вращению якоря маховиком после пуска. Применение МСХ в приводных механизмах стартеров повышает их надежность и исключает преждевременный выход шестерни их зацепления с венцом маховика при пуске холодного двигателя в условиях низких температур.
Наибольшее распространение получили роликовые МСХ. Они просты по конструкции, мало чувствительны к загрязнению, надежны, не требуют регулировки и ухода в эксплуатации. На автотракторных стартерах устанавливают роликовые МСХ с бесплунжерными прижимными устройствами. Прижимное устройство в виде Г-образного толкателя 2 расположено между роликом У и специальным упором, закрепленным на наружной ведущей обойме 12. При включении МСХ в работу наружная ведущая обойма 12 поворачивается относительно ведомой обоймы 17 с шестерней, ролики под действием прижимных пружин и сил трения между обоймами и роликами перемещаются в узкую часть клиновидного пространства и МСХ заклинивается. После пуска двигателя частота вращения ведомой обоймы 17 с шестерней превышает частоту вращения наружной ведущей обоймы 12, ролики перемещаются в широкую часть клиновидного пространства и МСХ проскальзывает.
На стартерах мощностью 6-10 кВт в настоящее время применяется привод с храповой МСХ. Преимуществом храповой МСХ по сравнению с роликовыми является высокая прочность и возможность передачи большого вращающего момента при сравнительно небольших ее размерах.
При срабатывании тягового реле рычаг привода через корпус 2 МСХ перемещает направляющую шлицевую втулку 1 вместе с ведущим 5 и ведомым 6 храповиками по шлицам вала и вводит шестерню в зацепление с венцом маховика. Вращающий момент к венцу маховика передается через шлицевую втулку 1, ведущий 5 и ведомый 6 храповики и шестерню 8. Осевое усилие, возникающее в винтовых шлицах втулки 1 и храповика 5, воспринимается резиновым кольцом 11.
В случае, когда шестерня упирается в венец маховика, сжимается пружина 4, и ведущий храповик 5, перемещаясь по винтовым шлицам втулки 1, своими торцовыми зубьями поворачивает ведомый храповик 6 с шестерней 8 на угол, достаточный для ввода шестерни в зацепление.
Если частота вращения шестерни и ведомого храповика больше частоты вращения направляющей втулки 1, ведущий храповик, перемещаясь по винтовым шлицам втулки 1, отходит от ведомого храповика и шестерня вращается вхолостую. Вместе с ведущим храповиком отходит и коническое кольцо 10, при этом сегменты получают свободу перемещения в радиальном направлении вдоль штифтов 7 ведомого храповика и фиксируют МСХ в расцепленном состоянии. Во время отдельных вспышек воспламенения в цилиндрах двигателя шестерня остается в зацеплении с венцом маховика и может снова передавать вращающий момент от электродвигателя после выравнивания частот вращения ведущего и ведомого храповиков. Шестерня выходит из зацепления только после выключения тягового реле электростартера.
Фрикционные дисковые муфты применяют на мощных стартерах автомобилей БелАЗ. МСХ состоит из ведущий и ведомой полумуфт и заклинивается после ввода шестерни в зацепление. Фрикционные диски прижимаются друг к другу в результате усилия в резьбовом соединении ведомой втулки муфты и корпуса шестерни. После пуска двигателя усилие в резьбовом соединении меняет направление, прижатие дисков ослабевает и муфта пробуксовывает. Недостатком фрикционных МСХ является изменение передаваемого вращающего момента в процессе эксплуатации вследствие износа фрикционных дисков.
Рис. Схема управления электростартером
Электростартеры конструктивно выполнены в герметичном исполнении. Степень защиты стартера от проникновения посторонних тел и воды оговаривается в стандартах на отдельные виды изделий. Стартеры, предназначенные для тяжелых условий работы (на большегрузных автомобилях и на тракторах), отличаются большей степенью герметизации. Герметизация обеспечивается установкой в местах разъема резиновых колец, применением пластмассовых втулок и уплотнительных прокладок из мягких пластических материалов.
Конструктивное исполнение стартера зависит от способа крепления его на двигателе. Обычно стартер располагают сбоку картера двигателя, при этом крышка привода обращена в сторону маховика и входит в отверстие картера сцепления. Крепление стартера на двигателе обеспечивает сохранение постоянного расстояния между центрами шестерни привода и зубчатого венца маховика при снятии стартера и его установке после технического обслуживания и ремонта. Такому условию удовлетворяет фланцевое крепление. Конфигурация и размеры присоединительного фланца на крышке со стороны привода стандартизованы. При фланцевом креплении крепежный фланец несет нагрузку как от усилий, возникающих при передаче вращающего момента от стартера к двигателю, так и от массы стартера. Поэтому для стартеров большой мощности осуществляют крепление на постели двигателя посредством натяжной ленты. Установка стартера на постели упрощает конструкцию крышки со стороны привода, но повышает требования к качеству изготовления корпуса стартера. Для предотвращения проворачивания стартера в канавке на его корпусе и в постели двигателя установлены специальные шпонки.
Типовая схема дистанционного управления стартером с дополнительным реле включения приведена на рисунке. При замыкании контактов выключателя S зажигания контакты К1 дополнительного реле подключают втягивающую КА2 и удерживающую KV2 обмотки тягового реле к аккумуляторной батарее GB. Под действием МДС двух обмоток якорь реле перемещается и с помощью рычага привода вводит шестерню в зацепление с венцом маховика. В конце хода якоря реле замыкаются силовые контакты К2 тягового реле и аккумуляторная батарея соединяется со стартерным электродвигателем М.
Шестерня остается в зацеплении с венцом маховика до тех пор, пока водитель не отключит питание дополнительного реле. После размыкания контактов К1 дополнительного реле втягивающая КА2 и удерживающая KV2 обмотки тягового реле оказываются включенными последовательно, получая питание через контакты К2. Число. витков обеих обмоток одинаково, и по ним проходит ток одной и той же силы. Так как направление тока во втягивающей обмотке в этом случае изменяется, обмотки действуют встречно и создают два равных, но противоположно направленных магнитных потока. Сердечник электромагнита размагничивается и возвратная пружина, перемещая якорь реле в исходное положение, размыкает силовые контакты К2 и выводит шестерню из зацепления с венцом маховика.
Читайте также: