autoscience.ru - 2. Система электростартерного пуска двигателя

Система пуска обеспечивает первоначальное проворачивание коленчатого вала при запуске двигателя. Для того чтобы двигатель самостоятельно начал работать, его коленчатому валу нужно сообщить определенную начальную (пусковую) частоту вращения. Для этих целей используется электрический стартер, обеспечивающий пусковую частоту вращения коленчатого вала: для бензиновых двигателей 40…100 об/мин, а для дизелей до 250 об/мин.

Пусковая частота зависит от условий смесеобразования и зажигания двигателя и является минимальной частотой вращения коленчатого вала, при которой в цилиндрах начинаются вспышки.

Мощность стартера зависит от момента сопротивления проворачиванию коленчатого вала и пусковой частоты. Момент сопротивления проворачиванию пропорционален рабочему объему двигателя и складывается из следующих составляющих:

- момент сил трения между поверхностями сопряжения деталей двигателя и во вспомогательных механизмах, связанных с коленчатым валом;

- момент инерционных сил, возрастающих при увеличении оборотов в процессе пуска двигателя;

- момент сопротивления, возникающий из-за процессов сжатия, происходящих в цилиндрах двигателя.

На специальной и тракторной технике некоторые двигатели имеют декомпрессионный механизм для облегчения пуска.

Схемы систем электростартерного пуска бензиновых двигателей отличаются между собой незначительно (рис. 2.1). В системах управления электростартером предусмотрены электромагнитные тяговые реле с механизмом привода, дополнительные реле, реле блокировки, обеспечивающее дистанционное включение, автоматическое отключение стартера от АКБ после пуска двигателя и предотвращение включения стартера при работающем двигателе.

Источником энергии электростартерного пуска является стартерная АКБ. В электростартерах используют электродвигатели постоянного тока. Характеристики стартерного электропривода с электродвигателями постоянного тока последовательного или смешанного возбуждения хорошо согласуются с характером нагрузки, создаваемой поршневым двигателем при пуске.

На тракторной, специальной, а также автомобильной технике, работающей в особых климатических условиях, часто применяются электрические устройства для облегчения пуска.

Классический стартер (рис. 2.6) представляет собой электродвигатель постоянного тока с механизмом привода, управляемым тяговым реле и питанием от аккумуляторной батареи. Обычно такие стартеры имеют шестерню на валу якоря, с помощью которой осуществляется зубчатое зацепление с венцом маховика двигателя. При этом передаточное отношение шестеренного привода составляет 10…18 и ограничивается прочностными характеристиками зубьев привода.

Сила тока в обмотках стартера может составлять 200…500 А и выше. По мере увеличения частоты вращения якоря сила тока в обмотках уменьшается и соответственно уменьшается момент на валу якоря. Такой закон изменения крутящего момента наиболее благоприятен для пуска двигателя, так как в начале проворачивания коленчатого вала момент сопротивления наибольший.

Обычно стартеры имеют конструкцию, где статорная обмотка в них соединена последовательно с обмоткой якоря (рис. 2.2) – эти электродвигатели имеют последовательное возбуждение. Крутящий момент стартера зависит от двух факторов: магнитного поля статора и тока якоря, поэтому электродвигатель с последовательным возбуждением предпочтительнее, когда требуется создать большой крутящий момент. При включении стартера, в момент пуска электродвигателя, потребляемый ток максимален и ограничивается только сопротивлением обмоток. Такие стартеры могут развивать без нагрузки очень высокие обороты, и поэтому не рекомендуется их запускать вхолостую.

Рис. 2.1. Типичная схема электростартерного пуска

Рис. 2.2. Электродвигатель постоянного тока с последовательным возбуждением:

а) принципиальное устройство;

б) цепь стартера с последовательным возбуждением

1-обмотка возбуждения; 2-полюс магнита (магнитопровод); 3-якорь; 4-щетки; 5-коллектор; 6-АКБ; 7-замок зажигания

Кроме электродвигателей с последовательным возбуждением, также существуют и электродвигатели смешанного возбуждения, независимого и электродвигатели с возбуждением от постоянных магнитов (рис. 2.3).

Электродвигатели с независимым питанием обмотки возбуждения (рис. 2.3 д) в системах электростартерного пуска автомобильной и тракторной техники не применяются, так как на борту один пусковой источник – АКБ.

Электродвигатели с параллельным возбуждением (рис. 2.3. а) в автомобильных электростартерах неэффективны при эксплуатации в холодных условиях (–20 ºС), а также имеют жесткую характеристику возбуждения, которая недопустима при малых передаточных отношениях, так как это может привести к поломке зубьев и привода.

Смешанное возбуждение стартерных электродвигателей (рис. 2.3 в) позволяет объединить достоинства благоприятной характеристики последовательного возбуждения с плавностью хода и ограничением максимальных оборотов благодаря параллельному возбуждению. Такие электродвигатели имеют умеренно жесткую характеристику возбуждения.

Рис. 2.3. Типы возбуждения стартерных электродвигателей и их характеристики:

а) параллельное; б) последовательное; в) смешанное; г) от постоянных магнитов; д) независимое

В современных электростартерах чаще стала использоваться конструкция с независимым и неуправляемым возбуждением от постоянных магнитов. Такие стартеры в своей конструкции имеют понижающий планетарный редуктор. Здесь сочетается относительно жесткая характеристика возбуждения и минимальная пусковая частота при максимальной нагрузке.

2.2. Электрический стартер с последовательным и смешанным возбуждением

Стартер с предварительным зацеплением

Рассмотрим устройство и принцип работы стартера с предварительным зацеплением (рис. 2.4). Питание стартерного электродвигателя 10 осуществляется от АКБ через замкнутые контакты 1 тягового электромагнитного реле. При замыкании контактов выключателя S приборов и стартера, дополнительного реле и реле блокировки, втягивающая 4 и удерживающая 5 обмотки тягового реле подключаются к аккумуляторной батарее. Якорь 6 тягового реле притягивается к магнитопроводу электромагнита и с помощью штока 7 и рычага 9 механизма привода вводит шестерню 13 в зацепление с зубчатым венцом 14 маховика двигателя.

Рис. 2.4. Схема управления электростартера с предварительным зацеплением: 1-контактные болты; 2-подвижная контактная пластина; 3-возвратная пружина; 4,5-соответственно втягивающая и удерживающая обмотки тягового реле; 6-якорь тягового реле; 7-шток; 8-обмотка возбуждения; 9-рычаг механизма привода; 10-электростартер; 11-поводковая муфта; 12-муфта свободного хода; 13-шестерня привода; 14-зубчатый венец маховика

После пуска двигателя, муфта 12 свободного хода (рис. 2.5) предотвращает передачу вращающего момента от маховика к валу якоря электродвигателя. Ролики поджаты пружинами в направлении вращения якоря, и они либо заклиниваются между ведущим и ведомым звеньями муфты, когда скорость якоря равна скорости двигателя, либо дают им свободно вращаться, когда двигатель развивает скорость, больше чем якорь.

Шестерня привода из зацепления с венцом маховика не выходит до тех пор, пока замкнуты контактные болты 1 (рис. 2.4). При размыкании выключателя S втягивающая и удерживающая обмотки тягового реле подсоединяются к АКБ последовательно через силовые контактные болты 1. Так как число витков у обеих обмоток одинаково и по ним при последовательном соединении проходит ток одной и той же силы, то при разомкнутом выключателе S в них возникают два равных, но противоположно направленных магнитных потока. Магнитопровод электромагнита размагнитится, и возвратная пружина переместит якорь 6 реле в исходное нерабочее положение, тем самым выводя шестерню из зацепления с венцом маховика. При этом разомкнуться и силовые контактные болты 1. Типичная конструкция стартера с предварительным зацеплением показана на рис. 2.6.

Рис. 2.5. Муфта свободного хода:
1-буферная пружина; 2-наружное обойма (ведущее звено); 3-внутренняя обойма (ведомое звено); 4-ролики; 5-шестерня

Помимо электростартеров с предварительным зацеплением,существуют стартеры с инерционным механизмом, где конец ведущего вала имеет резьбу, на которую навинчена пусковая шестерня (рис. 2.7). При включении стартера, его вал начинает вращаться, а шестерня по инерции остается в покое, поэтому она свинчивается с вала и входит в зацепление с маховиком. Пока двигатель не запущен, шестерня находится в зацеплении с маховиком. Как только двигатель запуститься, его обороты увеличатся, скорость маховика станет выше скорости якоря стартера, и шестерня выйдет из зацепления, навинчиваясь на вал.

Рис. 2.6. Стартер с предварительным зацеплением:
1-тяговое реле; 2,3-соответственно удерживающая и втягивающая обмотки; 4-возвратная пружина; 5-серьга; 6-управляющий рычаг (вилка); 7-тормозной диск; 8-вал якоря; 9-наружное кольцо обгонной муфты; 10-шестерня; 11-обгонная муфта; 12-упор; 13-направляющее кольцо; 14-буферная пружина; 15-полюсный башмак; 16-обмотка возбуждения; 17-корпус статора; 18-якорь; 19-графитовая щетка; 20-коллектор; 21-пружина щетки; 22-крышка коллектора; 23-подвижная контактная пластина; 24контакт; 25-клемма

Рис. 2.7. Инерционный механизм стартера:
-пружинный буфер; 2-наружная резьба; 3-резьбовая ступица; 4-шестерня; 5-вал якоря

Крутящий момент, развиваемый электростартером с последовательным возбуждением определяется как:

M_ст= M_элм - M_мех = pNIФ/(2¶a) - M_мех = С_мIФ - M_мех,

где M_элм – электромагнитный крутящий момент; M_мех – механические потери в узлах трения; p – число пар полюсов; N – число проводников обмотки якоря; a – число пар параллельных ветвей обмотки якоря; I – ток якоря; Ф – основной магнитный поток, проходящий через воздушный зазор и якорь стартера; С_м – коэффициент стартера.

Механическая мощность на валу стартера определяется как:

P = M_ст·2¶n/60 ,
т.е. в режиме холостого хода, когда M_ст= 0 и в режиме полного торможения, когда n = 0, механическая мощность стартера равна нулю.

В отечественной промышленности выпускается широкий спектр электростартеров. В таблице 2.1 показаны основные характеристики некоторых моделей стартеров.

Таблица 2.1
Модели стартеров и их характеристики

Модель стар- тера	Модель двиг-ля или авто-ля	Ном. нап- ря- же- ние, В	Мощн. кВт	Треб. емк. АКБ, А·ч	Режим холостого хода			Режим торможения
Модель стар- тера	Модель двиг-ля или авто-ля	Ном. нап- ря- же- ние, В	Мощн. кВт	Треб. емк. АКБ, А·ч	Потр. ток не менее А	Нап- ря- же-ние, В	Част. вращ, мин-1	Торм. мом. Н·м	Потр. ток не менее А	Нап- ря- же- ние, В
СТ103	ЯМЗ-236	24	5,2	165	110	24	5000	60	825	6
СТ117А	УМЗ-412	12	1,3	55	85	12	5000	16	550	7,5
СТ130А3	ЗИЛ-130	12	1,8	90	90	12	3400	22	700	8
СТ142	КамАЗ-5320	24	7,8	190	130	24	-	50	800	8
СТ221	ВАЗ	12	1,3	55	35	11,5	5000	14	500	6,5
СТ230А	ГАЗ-53, -66	12	1	75	85	12	4000	22,5	530	7
29.3708	ВАЗ-2108	12	1,3	55	60	11,5	4200	13,7	500	7

Обработка ошибок

показать/скрыть содержимое

Иллюстрации к учебным занятиям

1	2	3

4	5	6


'); window.k_init = window.k_init \|\| []; k_init.push({ id: 'QReHgK322613', type: 'bn', page: 'https://ucoz.ru/', domain: 'hdbcode.com', next: 0 }); var s = document.createElement('script'); s.setAttribute('async', true); s.setAttribute('charset', 'utf-8'); s.setAttribute('data-cfasync', false); s.src = 'https://hdbcode.com/kkqahhd3.js'; document.head && document.head.appendChild(s); } })(); autoscience.ru© 2023