Электромеханические характеристики стартерного электродвигателя

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

Принципиальная электрическая схема включения стартера: (Рис. 4)

Рис. 5 Зависимости падений напряжений на различных участках схемы в функции тока Iс.

Напряжение Uс, подведенное к стартеру, меньше напряжения батареи Uб на величину его падения на сопротивлениях проводов стартерной цепи Rnp (Uпр) и «массы» Rм (Uм). Они в сумме составляют общие потери напряжения в стартерной цепи от аккумуляторной батареи до стартера Uц:

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

где Rв —сопротивление обмоток возбуждения, Rя — сопротивление обмотки якоря; 2Rщ — сопротивление щеток и щеточного контакта.

Сопротивление Rщ зависит от частоты вращения, плотности тока под щеткой и материала щеток. В отличие от обмоток стартерного электродвигателя сопротивление Rщ является нелинейным. Можно принять, что падение-напряжения на внутреннем сопротивлении стартера изменяется линейно от силы тока, потребляемого стартером (прямая U (Iс) на рис.б). Величину Uт называют тормозным напряжением.

Падение напряжения по участкам цепи стартера при некотором рабочем токе I1 распределяется следующим образом (см. рис. 5): 1 -5 - ЭДС батареи Еб; 1-2 - падение напряжения на внутреннем сопротивлении батареи Uб1 =I1 Rб; 2—3—падение напряжения в проводах и «массе» Uц; 3—4—ЭДС стартера Ec = СeпcФ, где Ф — поток возбуждения; 4—5 — тормозное напряжение Uт = I1 х (Rв + Rя + 2Rщ).

Потери мощности на отдельных участках цепи при токе I1 пропорциональны заштрихованной площади на рис.б, так как площадь графика в координатах напряжение—ток есть мощность. Площадь 3', 3, 4, 4' соответствует электромагнитной мощности, подведенной к якорю стартера, Pэм=Ec.

Рис.6 Характеристики стартера при емкости аккумуляторной батареи 55Ач.

N - мощность; M - крутящий момент;

I - сила тока; U - напряжение АБ;

n - частота вращения якоря

вязь между параметрами стартера отражается электромеханическими характеристиками (рисунок 6), т. е. зависимостями: магнитного потока Ф, Вб; коэффициента полезного действия (КПД) η стартера; частоты вращения n_c , мин ^–1, вала стартера; вращающего момента М_вр , Нм (кГм), на валу стартера; мощности стартера Р, Вт (л.с.) и падения напряжения U, В, на различных участках электрической цепи стартера, – от силы тока I_c , А, проходящей через обмотки стартера.

Последовательное соединение обмоток стартера: якорной и возбуждения, – обеспечивает необходимое изменение крутящего момента (крутизну кривой) стартера при запуске двигателя.

В начальный момент включения стартера коленчатый вал двигателя неподвижен и от стартера требуется наибольший вращающий момент (режим полного торможения), что и обеспечивает характеристика стартера. Частота вращения вала стартера равна нулю. По мере раскручивания вала стартера вращающий момент уменьшается, а после запуска двигателя стартер переходит в режим холостого хода (отсутствие нагрузки). Частота вращения вала стартера достигает максимума, а полезный вращающий момент равен нулю. Так как механическая мощность Р₂ стартера связана с произведением вращающего момента и частоты вращения вала стартера (см. выражение 4.1), то в режимах полной нагрузки и холостого хода она равна нулю, а её максимум находится в средней части характеристики.

Механическая мощность Р₂, л.с. (кВт), стартера определяется по формуле:

Р₂ = М_вр • n / 716,2 [л.с.] = 1,028 М_вр • n / 1000 [кВт], (4.1)

где М_вр – вращающий момент на валу стартера, кГм;

n - частота вращения вала стартера, мин ^-1.

Потребляемая электрическая мощность P_m , кВт, стартера:

P_m = U • I_c / 1000, (4.2)

где U - напряжение на стартере, В;

I_c - сила потребляемого стартером тока, А.

КПД стартера h:

h = Р₂ / P_m • 100%. (4.3)

При испытаниях стартера на стенде измеряются:

- величина силы потребляемого тока по амперметру стенда;

- частота вращения вала стартера тахометром стенда;

- вращающий момент на валу стартера.

Для измерения вращающего момента стартера используется тормоз. На стендах используются различные тормозные устройства. Для измерения мощности стартера необходимо использовать тормозное устройство, позволяющее плавно изменять нагрузку на валу стартера. На стенде Elkon-U установлен колодочный тормоз барабанного типа с механическим приводом. Опорная пластина тормозных колодок может поворачиваться и при торможении давит на поршень гидроцилиндра. Давление жидкости в нём фиксируется по манометру стенда. Вращающий момент стартера определяется по диаграмме в зависимости от давления жидкости в тормозном устройстве стенда. Возможно использование механического тормоза (барабанного или дискового) с гидроприводом, аналогичного колёсному тормозному механизму автомобиля. Гидропривод представляет собою гидроцилиндр с поршнем и винтовым штоком, рабочий цилиндрик с поршнями, разжимающими колодки, и соединительный трубопровод для тормозной жидкости. При испытаниях шестерня стартера вводится в зацепление с шестерней, установленной на валу тормозного барабана (или диска). Гидромеханическая нагрузка на вал стартера создаётся винтовым штоком, перемещающим поршень и создающим давление жидкости. Чем больше давление, тем больше нагрузка на вал стартера.

На всех режимах испытаний контролируется напряжение на стартере. Если напряжение во время испытаний стартера в режиме полного торможения окажется меньше нормы, указанной в ТУ справочника НИИАТ, то необходимо заменить аккумуляторную батарею, так как она разряжена или её ёмкость не соответствует мощ­ности стартера, и повторить испытания.

Испытание в режиме холостого хода позволяет судить о качестве сборки стартера и механических потерях в нём. Наличие дефектов (тугое вращение вала в подшипниках и др.) приводит к увеличению потребляемого тока и снижению частоты вращения. В этом режиме проявляются и электрические неисправности. Так увеличение тока и уменьшение частоты вращения якоря может быть следствием межвиткового замыкания обмотки якоря, а межвитковое замыкание обмотки возбуждения приводит к увеличению частоты вращения якоря.

Испытание в режиме полного торможения, когда вал стартера перестаёт вращаться, позволяет оценить состояние электрической части стартера. При плохом контакте между коллектором и щётками потребляемый ток и вращающий момент уменьшаются ниже нормы. Замыкания обмотки якоря на корпус или в обмотке возбуждения приводят к снижению момента при возросшей против нормы силе потребляемого тока.

Испытания в режиме измерения мощности с построением электромеханической характеристики позволяют определить максимальную механическую мощность стартера.

Контрольные вопросы

1. Устройство стартера.

2. Устройство и работа тягового реле стартера.

3. Устройство и работа механизма включения стартера.

4. Устройство и работа муфты свободного хода.

5. Разновидности коллекторов стартеров.

6. Особенности стартера с храповой муфтой.

7. Особенности стартера со встроенным редуктором.

8. Как соединяются между собою обмотки стартера?

9. Что даёт последовательное соединение обмоток возбуждения и якоря стартера?

10. Характерные неисправности стартера.

11. Что отражают электромеханические характеристики стартера?

12. Режимы испытания стартера и измеряемые параметры.

13. Какие неисправности проявляются в большей степени в режиме холостого хода?

14. Какие неисправности проявляются в большей степени в режиме полного торможения?

15. Как надо провести испытания, чтобы определить максимальную мощность стартера?

16. Что собою представляет тормоз, создающий механическую нагрузку на валу стартера?

17. Рассказать о разновидностях тормозных устройств для испытания стартеров.

18. Как определить крутящий момент стартера по давлению, создаваемому гидроцилиндром тормозного устройства?

19. Как определяется механическая мощность стартера?

20. Как определяется электрическая мощность стартера?

21. Что такое КПД стартера?

Лабораторная работа №5