Характеристики электродвигателя стартера.

 

Ответ на вопрос 21

Под характеристиками стартерного электродвигателя понимают зависимости:

Uст = f (Iст);

Ф = f (Iст);

Мвр = f (Iст);

Рэл.м = f (Iст);

n = f (Iст);

Для вывода уравнений построим схему замещения стартерной цепи

 

 

Рисунок 3 - Схема замещения.

где Е_Б - электродвижущая сила АКБ, В;

r_Б- внутреннее сопротивление АКБ, Ом;

Rпр - сопротивление проводов, в расчетах можно принимать 0,002 Ом;

Iст - ток потребляемый стартером, А;

Rст - сопротивление стартера, приблизительно 0,01 Ом;

Uст - напряжение на клеммах стартера, В.

     

Для построения зависимости Uст = f(Iст) используем уравнения Кирхгофа при n = 0.

Е_Б = Iст r_Б + Iст Rпр + Uст                                                  (1)

Тогда получим линейную зависимость

Uст = Е_Б - Iст (r_Б + Rпр)                                                   (2)

 

Рисунок 4 - Зависимость напряжения на стартере от его тока.

 

Зависимость Ф = f (Iст) сама по себе мало показательна, но от ее характера во многом зависит поведение функций Mвр = f (Iст) и n = f (Iст).

На малых нагрузках, когда магнитная система не насыщена, магнитный поток пропорционален силе тока якоря:

Ф = к Iст,                                                                      (3)

где к - коэффициент пропорциональности.

При этом магнитный поток с увеличением силы тока резко возрастает, примерно, до Iст = (0,8...0,9) Iст.ном, где Iст.ном – ток при максимальной электромагнитной мощности. После насыщения магнитной системы увеличение магнитного потока Ф слабо выражено и практически не меняется.

 

Рисунок 5 - Зависимость магнитного потока стартера от его тока.

Из курса электротехники известно, что электромагнитный вращающий момент электродвигателя постоянного тока может быть определен из выражения

 

Mвр = С Iст Ф,                                                                (4)

где С - механический коэффициент.

Изменение Mвр прямо пропорционально Iст и Ф, но так как зависимость Ф= f(Iст) параболическая, поведение Mвр в зависимости от Iст также нелинейное. Раскрыв Ф, имеем

 

Мвр = С к Iст²                                                         (5)

Это означает, что при малых насыщениях магнитной системы Mвр пропорционален Iст², а характеристика имеет вид параболы. Максимального значения Мвр достигает при полном торможении, когда Iст = Iкз. На холостом ходу энергия затрачивается на преодоление сил трения, а Мвр минимален.

 

 

Рисунок 6 - Зависимость вращающего момента стартера от его тока.

Электромагнитную мощность стартера можно определить в лабораторных условиях, имея Мвр и n из выражения

Р элм = Mвр p n/30,                                                                (6)

однако, изменение Рэлм в зависимости от Iст носит более сложный параболический характер. Из электротехники известно, что

Р элм = Епр Iст                                                                      (7)

 где Епр - это противоэлектродвижущая сила, возникающая в обмотках при вращении якоря. Ее можно определить, используя уравнение Кирхгофа,

Епр = Е_Б – Iст (r_Б + Rпр + Rст).                                           (8)

Тогда

Рэлм = Е_Б – Iст – Iст² (r_Б + Rпр + Rст),                                           (9)

то есть зависимость параболическая. Максимум Рэлм определим следующим образом. Продифференцируем уравнение (9) по току стартера и приравняем его производную нулю

d Рэлм/d Iст = Е_Б –2 Iст (r_Б + Rпр + Rст),                                       (10)

d Рэлм/d Iст = 0,Iст. макс р _элм = Е_Б /2 R_ОБЩ = 1/2 I_КЗ

Рисунок 7 - Зависимость электромагнитной мощности стартера от его тока.

Для определения зависимости n = f (Iст) запишем выражения

Епр = С n Ф,                                                                (11)

Епр = Uст – Iст Rст,                                                        (12)

отсюда

n =(Uст – Iст Rст) / С Ф                                                   (13)

Поскольку Ф пропорционален Iст, графическая зависимость будет обратно пропорциональной (с увеличением Iст числитель уменьшается, а знаменатель увеличивается), в виде гиперболы.

Рисунок 8 - Зависимость частоты вращения якоря стартера от его тока.

На графике можно выделить две характерные точки:

Iхх при n_max = (6...10) 1000 мин^-1 и Iкз при n = 0.

Их значения допустимо определять только кратковременно при испытании стартера.

Из анализа рассмотренных характеристик напрашивается следующий вывод: Мвр и Рэлм в значительной мере зависят не только от технического состояния стартера, но и от исправности АКБ (Еб), надежности соединения проводов (Rпр) и других эксплуатационных факторов.

Таким образом основные режимы работы стартера следующие:

1. Полное торможение

  Iст = Iкз; n = 0; Mвр = Mмах; Pэлм = 0.

2. Максимальная мощность

  Рэлм = Mвр p n/30, Рэлм = Рmax, при Iст. макс р _элм = 1/2 I_КЗ

3. Холостой ход      

n = n _max; Mвр = 0; Рэлм = 0.

Первый и третий режимы кратковременны и нежелательны.

Кроме подбора благоприятных характеристик стартерного электродвигателя для обеспечения надежного пуска двигателя в различных условиях должно быть и соответствующим передаточное отношение редуктора. Передаточное отношение редуктора выбирают таким образом, чтобы стартер обеспечивал пусковую частоту вращения коленчатого вала при Iст = 2/3 Iкз, В этом случае мощность стартера на 10...12 % ниже максимальной, но зато при значительно большем вращающем моменте. В итоге i_БД = 13...16; а i_Д = 8...11.

Таким образом рабочие характеристики стартерного электродвигателя с последовательным или смешанным возбуждением наиболее полно удовлетворяют условиям пуска двигателя внутреннего сгорания. Выбор стартерного электродвигателя на проектируемую машину производится по рабочим характеристикам, снимаемых с расчетной вольтамперной характеристикой источника питания. Правильно выбранный по мощности стартер должен обеспечить пуск двигателя в любых условиях эксплуатации.

 

Вопрос 22