Электромеханические характеристики стартерного электродвигателя

Электромеханическими характеристиками называется зависимость основных параметров стартерного электродвигателя (напряжения, частоты вращения, момента, КПД, мощности) от тока стартера /с. Удобство использования электромеханических характеристик для анализа работы системы электростартерного пуска объясняется возможностью совмещать их с вольт-амперными характеристиками аккумуляторных батарей.

Рис. 2.30. Принципиальная электрическая схема включения стартера (а) и баланс напряжений (б)

 

Принципиальная электрическая схема включения стартера представлена на рис. 2.30,а. На рис. 2.30,6 изображены зависимости падений напряжений на различных участках схемы в функции тока /с (баланс напряжений системы пуска).

Напряжение Uc, подводимое к стартеру, меньше напряжения батареи Uq на величину его падения на сопротивлениях проводов стартерной цепи R_np(AU_np) и «массы» RM(AUM). Они в сумме составляют общие потери напряжения в стартерной цепи от аккумуляторной батареи до стартера Д1/ц:

∆Uц= ∆Unp + ∆Uм= (Rпр + Rм)/С.

Ток /ст соответствует полностью заторможенному якорю стартера; при этом частота вращения nс = 0. В этом режиме все напряжение Uc, подведенное к стартеру, равно падению напряжения на его внутреннем сопротивлении

Rс=Rв + Rя + 2 Rщ,

где R0 и Rя- сопротивления обмоток соответственно возбуждения и якоря; 2RЩ - сопротивление щеточно-коллекторного узла.

Сопротивление Rщ зависит от частоты вращения, плотности токa под щеткой и материала щеток. В отличие от обмоток стартерного электродвигателя сопротивление R_щ является нелинейным. При нагрузках, в которых работает стартер, падение напряжения под щетками не превышает 2,5 В и мало изменяется от силы тока и частоты вращения. В этом случае можно принять, что падение на­пряжения на внутреннем сопротивлении стартера изменяется ли­нейно от силы тока, потребляемого стартером [прямая U_r(l_c) на рис. 2.30 Показатель 1/т называют тормозным напряжением. Падение напряжения по участкам цепи стартера при некотором рабочем токе /ч распределяется следующим образом (см. рис. 2.30.1-5-ЭДС батареи Еб; 1-2 - падение напряжения на внутреннем сопротивлении батареи ∆Uб1 = /1 Rб; 2- 3-падение напряжения в проводах и «массе» ∆Uц; 3-4- ЭДС стартера Ес = СenсФ, где Ф - поток возбуждения; 4 - 5-тормозное напряжение

Ur = + Rя + 2R_Щ).

Потери мощности на отдельных участках цепи при токе А пропорциональны заштрихованной площади на рис. 2.30,6, так как площадь графика в координатах напряжение - ток есть мощность Площадь 3', 3, 4, 4' соответствует электромагнитной мощности, j подведенной к якорю стартера, Рэм = ЕС1С, которая при изменении тока от 0 до /ст изменяется по параболе

имеющей корни /_с1 = 0 и

Выражение (2.15) имеет максимум при

Кривая Рэм (/с) изображена на рис. 2.30,6.

Электромеханические характеристики стартера показаны на р 2.31. Зависимости частоты вращения пс (1С) и момента МС(1С) может разбить на два участка: первый, когда магнитная система старт» не насыщена и магнитный поток Ф с ростом тока /с резко увели вается [до /с < (0,8...0,9)/сн, где /с„ - номинальный ток стартера]; Е рой, когда магнитная система насыщена и магнитный поток Ф по не изменяется [/с > (0,8...0,9) /_сн]. Характеристики nс(/с) и МС(1С) втором участке имеют почти линейный характер.

Механическая мощность на валу стартера Р_с = M_cnJ9,55 меньше электромагнитной мощ­ности Р_эм на размер потерь на трение в подшипниках и щеточ­ном контакте, вентиляционных и магнитных потерь (перемагничи-вание и вихревые токи).

Стартер потребляет элек­трическую мощность Р_эл = l_cU_c, преобразовывая ее в механи­ческую с КПД ц = Р_с / Р_эп. Мак­симум КПД электродвигателя стартера не превышает диапа­зона значений 0,5...0,6. Макси­мум мощности Р_с не совпадает с максимумом КПД.

На электромеханических ха­рактеристиках стартера можно выделить следующие режимы:

- холостого хода, характеризуемый частотой вращения п_сх, силой тока /«;

- при максимуме КПД (характеризуется током /а,mах);

- номинальный при максимуме мощности стартера. На этом ре­жиме задают номинальные параметры стартера: мощность Р_сн, мо­мент М_сн, частоту вращения л_сн, силу тока /_сн. Напряжение на стар­тере в номинальном режиме не задается, но обычно оно составля­ет около 8 В для стартеров на 12 В (приблизительно 0,75L/_6H). В ре­жиме пуска двигателя желательно, чтобы стартер работал при то­ках I_{c rnax}… I_CH

- полного торможения. Параметры этого режима - момент полно­го торможения М„ и сила тока /_ст - используются как диагностические для оценки состояния электрических и магнитных цепей стартера.

Стартер рассчитывается на максимальную мощность при кон­кретной вольт-амперной характеристике батареи. Однако в экс­плуатации режим работы стартера или его рабочая точка опреде­ляются моментом сопротивления двигателя и вольт-амперной ха­рактеристикой батареи. Рассмотрим влияние последней на харак­теристики стартера.

Рис. 2.31. Электромеханические характеристики стартера

На рис. 2.32 представлены вольт-амперные характеристики ба­тареи, при которых рассчитывался стартер, и его номинальные ха­рактеристики.

Предположим, что температура электролита батареи понизится. Это приведет к более крутой вольт-амперной характеристике, изо­браженной на графике штриховой линией (L/'₆). Вычитая из новой вольт-амперной характеристики падение напряжения в стартерной цепи, получим напряжение на стартере U'_c. Если пренебречь изме­нением сопротивления стартера с изменением температуры, то угол наклона линии U_T останется неизменным. При токе /'_ст напря­жение на стартере будет равно падению напряжения на его сопро­тивлении, т. е. U'c = U_T. Это означает, что противо-ЭДС равна нулю, что возможно лишь при частоте вращения, равной нулю, т. е. при полном торможении. Для каждого значения тока частоту вращения стартера можно выразить через противо-ЭДС.

Так как при неизменном токе магнитный поток постоянен, для новой вольт-амперной характеристики частота вращения стартера

Из графика видно, что при неизменном токе противо-ЭДС Е соответствующая вольт-амперной характеристике при пониженно температуре, меньше Е_с. Поэтому частота вращения, соответствующая этой вольт-амперной характеристике, будет меньше и дос­тигнет нуля при токе, равном Е'„.

Момент стартера определяется только током и не зависит от приложенного напряжения, поэтому характер его изменения оста­нется прежним; однако максимальное значение уменьшится до со­ответствующего току /'_ст. Мощность стартера, определяемая произ­ведением момента на частоту вращения, также уменьшится.

Рис. 2.32. Характеристики стартера при различных вольт-амперных характеристиках аккумуляторных батарей