Экологичные технологии
Навигация
Библиотека
Скачать Книги
Поиск по сайту

Главная > Справочник по эл.машинам том 2 > 26.3. Стартеры

26.3. Стартеры

26.3. Стартеры

Двигатели внутреннего сгорания, устанавливаемые на автомобилях, автобусах, тракторах, мотоциклах, не имеют пускового момента. Для начала самостоятельной работы такого двигателя необходимо сообщить ему определенную начальную или пусковую частоту вращения, т. е. запустить двигатель. Пусковая частота вращения зависит от типа двигателя: 40 — 70 об/мин — для карбюраторных двигателей и 100 — 200 об/мин — для дизельных. В качестве пусковых устройств используются преимущественно электрические стартеры прямого действия.

Электрический стартер представляет собой устройство, состоящее из двигателя постоянного тока, механизма сцепления — рас-

цепления, редуктора и аппаратуры управления. Механизм сцепления — расцепления и редуктор обычно называют приводом стартера.

В качестве источника энергии для питания стартера используются аккумуляторные батареи специального исполнения — так называемые стартерные аккумуляторные батареи (ГОСТ 959.0-84).

26.3.1. Особенности условий работы стартеров

Условия работы стартеров отличаются во многом от условий работы электрических машин общего назначения и от условий работы других АТЭМ.

В соответствии с государственными и отраслевыми стандартами на автотракторные двигатели и их системы пуска (ГОСТ 18509-80, ОСТ 37.001.052-75) стартер должен обеспечивать надежный пуск двигателя, т. е. запускать двигатель при использовании штатных аккумуляторных батарей, заряженных на 75%, не более чем за три попытки пуска продолжительностью 10 — 15 с каждая с интервалом между попытками 1 мин. Поэтому стартерные двигатели являются машинами кратковременного режима работы с длительностью (по ГОСТ 9944-77) 10 с для нормальных условий запуска и 15 — 20 с для запуска при пониженных температурах. Кратковременный цикл работы стартеров позволяет выполнить их высокоиспользованными — плотность тока в их обмотках достигает (19 -=- 30) • 106 А/м2, "под щетками - (80 -=-120)-10* А/м2, линейная нагрузка — (2 -н 5) • 104 А/м при мощности стартерного двигателя 0,7-9 кВт.

Условия высокого использования делают необходимым выбор рабочей точки вблизи максимальной мощности.

Стартерный двигатель работает с конкретным источником питания, причем соизмеримой с ним мощности и ограниченного запаса энергии. Это означает, что напряжение на выводах двигателя при разных нагрузках и разных состояниях источника различно.

Внутреннее сопротивление батареи обычно близко к сопротивлению стартера. Максимальная мощность в значительной степени зависит от внутреннего сопротивления батареи, а последнее зависит от номинальной емкости, температуры электролита и степени заряженности батареи. Поэтому согласно ГОСТ 9944-77 за номинальную (каталожную) мощность стартера принимают максимальную полезную мощность в кратковременном

режиме работы при питании от батареи, заданной ТУ на стартер емкости, при ее 100%-ной степени заряженности, при температуре электролита +25 °С, на первой попытке пуска без учета падения напряжения на участке сети от батареи до зажимов стартера.

Согласно техническим требованиям стартер должен обеспечивать запуск и при отрицательных температурах, и при неполной заряженности аккумулятора. Для оценки свойств стартера в более тяжелых условиях пуска вводят понятие пусковой мощности. Согласно ГОСТ 9944-77 за пусковую мощность принимают максимальную полезную мощность стартера в кратковременном режиме работы при питании от батареи, заданной ТУ емкости, при ее 75%-ной степени заряженности, температуре электролита —15 °С, в конце третьей попытки запуска* с учетом падения напряжения в сети (0,2 В на 100 А). Соотношение между пусковой и номинальной мощностями зависит от соотношения между емкостью батареи и мощностью стартера. В среднем можно принять, что типовая мощность на 30 — 40% меньше номинальной.

Стартеры работают на вполне конкретную нагрузку с заданной механической характеристикой. Чтобы максимально использовать двигатель стартера, т. е. обеспечить его работу вблизи точки максимальной мощности, механические характеристики стартерного двигателя и нагрузки согласуют путем выбора передаточного отношения редуктора.

26.3.2. Особенности конструкции стартеров

В качестве двигателей стартеров используют коллекторные двигатели постоянного тока, в основном последовательного возбуждения. В быстроходных стартерах применяют двигатели смешанного возбуждения с шунто-вой обмоткой для ограничения частоты вращения при холостом ходе. Все стартерные двигатели (рис. 26.6) выполняют четырех-полюсными, с простой волновой обмоткой якоря. Число пазов якоря Z = 24 -=- 31. Пазы обычно открытые или полузакрытые. При наличии шунтовой обмотки последнюю располагают или на одном полюсе (создавая небольшую несимметрию магнитного потока), или на двух полюсах одной полярности. Коллектор обычно выполняют с креплением пластин на пластмассе. Применение

* Степень заряженности батареи, температура электролита, число попыток запуска указывают на определенную внешнюю характеристику батареи.

торцевого коллектора (стартер 35.3708 и др.) позволяет значительно уменьшить осевые габаритные размеры стартера.

Корпус стартера выполняют из конструкционной магнитной стали (обычно свернутой из листа — сварной). Диаметры корпусов стандартизованы по ГОСТ 9944-77 и соответствуют ряду: 70, 80, 90, 100, 105, 115, 130, 150, 180 мм. Предельные отклонения диаметров должны быть не более ±3% номинального. Штампованные сплошные полюсы крепят к корпусу винтами и контрят в шлиц. Передняя (со стороны привода) крышка стартера выполняется из алюминиевого сплава или из чугуна, а у стартеров большой мощности — из стали, заднюю (со стороны коллектора) крышку обычно изготовляют из цинкового сплава. Для защиты якоря стартера от разрушения большими центробежными силами после запуска двигателя внутреннего сгорания в приводе стартера имеется муфта свободного хода. Муфта свободного хода в стартерах небольшой мощности — роликового типа. В стартерах большой мощности — дизельных — роликовая муфта свободного хода не обеспечивает надежной передачи момента и расцепления. В этом случае используют различного типа храповые муфты.

Согласующий редуктор состоит из шестерни на валу стартера и шестерни на венце маховика двигателя внутреннего сгорания. При этом шередаточное отношение одной пары составляет 13—18. Для лучшего согласования обычно требуется большее передаточное отношение, но оно конструктивно с одной парой шестерен не реализуемо. Число зубьев шестерни стартера — обычно 8 — 13.

Реле стартера (рис. 26.7) выполняет две функции — вводит шестерню стартера в зацепление с шестерней маховика в начале пуска и подключает после этого двигатель стартера к аккумуляторной батарее. У реле — большой ход (10—12 мм) и большое усилие (200—300 Н). Реле обычно имеет две обмотки: включающую В и удерживающую У. Наличие включающей обмотки, работающей только в момент включения и шунтируемой контактами реле стартера, позволяет значительно снизить размеры и массу реле за счет выбора большой плотности тока во включающей обмотке. При отключении реле под действием возвратной пружины происходит рассоединение шестерен стартера и маховика.

Стартеры закрепляются на двигателе внутреннего сгорания с помощью фланца или на постели. Крепление на постели допускается для стартеров большой мощ-

part16-10.jpg

Рис. 26.6. Стартер:

1 — корпус; 2 — полюс; 3 — якорь; 4 — возвратная пружина; 5 — шлицевая втулка; 6 — муфта свободного

хода; 7 — тяговое реле

Таблица 26.9. Присоединительные размеры, мм, стартеров с фланцевым креплением

Исполнение

Вариант фланца

Номинальная мощность, кВт

■Номинальный диаметр корпуса, мм

D, мм

мм

d

L

/

/i

Ь

Шестерня привода

Модуль

Число зубьев

Угол исходного контура, угл. град

I

1

До 0,4

70

62

90

8,5

65

24

22

4

2,11

2,5

8

12 15 20

2

0,4-1,2

80; 90

76,2

10S

10,5

75

30

28

8; 9

3

1-2,2

100; 115

82

12,5

90

38

35

2,11

2,5; 3

9; 11

2

10,5

4

1,3-1,5

105

82,5

114 125

М8

8,5

75 70

26 36

23,5 33,2

2,11

12

part16-11.jpg

Продолжение табл. 26.9

Ис-, полне-ние

Вариант фланца

Номинальная мощность, кВт

Номинальный диаметр корпуса, мм

D, мм

мм

d

L

/

h

Ь

Шестерня привода

Модуль

Число зубьев

Угол исходного контура, угл. град

5

3

2-5

115; 130

92;100

146

13

90

35

32

7

3

10; 11

20

6

4,5-8,5

130

17

130

50

47

9

3 3,75 4,25

10; 11

13

7

7

150

3,75 4,25

part16-12.jpg

Рис. 26.7. Принципиальная схема включения

стартера:

/ — катушки параллельной обмотки возбуждения;

2 — якорь стартера; 3 — катушка последовательной

обмотки возбуждения; 4 — обмотки тягового реле;

5 — выключатель стартера

ности — более 4,4 кВт. Присоединительные размеры стартеров с фланцевым креплением согласно ГОСТ 9944-77 приведены в табл. 26.9.

26.3.3. Технические данные стартеров

Характеристики двигателей стартеров в основном подобны характеристикам любых двигателей последовательного возбуждения, но отличаются большей мягкостью механической характеристики из-за относительно большого внутреннего сопротивления аккумуляторной батареи и меньшей кратностью пусковых моментов, лежащей обычно в пределах 2 — 2,8.

Рабочая точка (в установившемся режиме) обычно смещена от точки максимальной мощности вследствие неполного согласования характеристик из-за меньшего, чем следовало бы, передаточного отношения редуктора.

Номинальное напряжение стартерных двигателей, как правило, равно номинальному напряжению системы электрооборудования. Но на ряде автомобилей большой грузоподъемности и тракторов с дизельными двигателям^ и стартерами большой мощности при напряжении системы электрооборудования 12 В стартеры выполняются на напряжение 24 В, чем достигается уменьшение габаритных размеров стартера, так как при той же мощности снижаются потребляемый стартером ток, размеры и потери коллектора стартера. В этом случае при пуске аккумуляторы переключаются на последовательное соединение или устанавливается еще один аккумулятор на 12 В, включенный последовательно с основным и работающий только во время запуска.

Технические данные наиболее распространенных стартеров приведены в табл. 26.10.

26.3.4. Особенности испытаний стартеров

Испытания по определению рабочих характеристик производят на динамометрическом стенде при питании стартера от источника постоянного тока. Напряжение U на выводах стартерного двигателя определяется по ГОСТ 9944-77:

где UH0M — номинальное напряжение батареи, В; 1СТ — ток стартера; Сго — номинальная емкость батареи, А ■ ч, в 20-часовом режиме разряда по ГОСТ 959.0-84; а - коэффициент, ч, определяющий внутреннее сопротивление батареи, зависящее от условий разряда и конструктивных особенностей батарей, принимаемый в соответствии с данными табл. 26.11.

part16-13.jpg

Таблица 26.10. Технические данные стартеров

Применение

Емкость

Номи-

Частота вра-

Тип

Внешний диаметр корпуса, мм

Номинальное напряжение, В

аккумуляторной батареи, А ч

нальная мощность, кВт

щения, соответствующая номинальной мощности, об/мин

стартера

СТ362

Пусковые двигатели П-350, П-10УД

80

12

50

0,67

2400

СТ368

«Запорожец» ЗАЗ-968А

90

12

55

0,87

1980

СТ117А

«Москвич»

100

12

55

1,32

2000

23.3708

«Москвич-2140»

100

12

55

1,5

1600

СТ221

«Жигули» ВАЗ-2101 и др.

100

12

55

1,3

1750

35.3708

«Жигули» ВАЗ-2101 и др.

100

12

55

1,3

1750

29.3708

«Жигули» ВАЗ-2108

100

12

55

1,3

1750

СТ230А, Б, В

ГАЗ-53А и др.

115

12

75

1,5

1200

СТ130АЗ

ЗИЛ-130

115

12

90

1,8

1400

СТ222

Трактор Т25А

115

12

150

2,2

1200

СТ-142Б

КамАЗ

130

24

190

7,7

1500

24.3708

Трактор МТЗ-80

130

12

215

4

1300

25.3708

МАЗ, КрАЗ

150

24

182

8

1800

СТ230Б1, Б2, БЗ

ГАЗ-21, ГАЗ-24, ГАЗ-3102

115

12

75

1,5

1200

Холостой ходРежим полногоМасса, кг
Пусковая мощность, кВт, не менееТок, А, не болееЧастота вращения, об/мин, не менеегорможения
Ток, А, не болееМомент, Нм, не менееНапряжение, В, не более
0,376550002504,994,25
0,617050002606,675,2
0,8855000550167,58
0,8385-60015,7-7
-35500050013,726,58,5
-60580050013,7277,5
-60500050013,7276
0,8585400053022711,5
1,0390340070022810,5
1,4120500095039,2914,5
4,8130-80049827
2,31505000170068,68,518
4ПО500082558,8731,5
0,8585400055022710

Таблица 26.11

Емкость батареи С20> Ач

Значение коэффициента а

при определении номинальных характеристик

при определении пусковых характеристик

^ном = = 12 В

^ном "~ = 24 В

До 100 Более 100 55(6СТ-55ЭМ) 190(6СТ-190ТР)

0,05 0,057 0,038 0,046

0,112 0,129 0,081 0,125

0,108 0,121 0,077 0,108

Напряжение U измеряют на выводах двигателя при снятии характеристик номинального режима и на выводах стартера (на клемме реле стартера) при снятии характеристик пускового режима.

Значения величин, определяющих режим работы стартера, измеряют в течение времени, достаточного для отсчета всех параметров, в интервале 5 — 10 с.

Если используются автоматизированные системы определения характеристик, измерения производят в течение времени, достаточного для регистрации результатов измерений. При измерениях необходимо пользоваться приборами класса точности: не ниже 0,5 — для измерения напряжения; 1 — для измерения тока; 2 — для измерения частоты вращения.

Номинальную и пусковую мощности определяют как наибольшие значения по соответствующим зависимостям мощности от тока стартера.

Характеристики для определения номинальной и пусковой мощностей строят не менее чем по трем точкам, причем перед каждым экспериментом по определению точек характеристики стартер охлаждают до температуры окружающей среды. Обычно точность определения номинальной и пусковой мощностей лежит в пределах ±10%. Стартеры проверяют также в режиме холостого хода подключением их на напряжение, задаваемое ТУ на данный стартер. При этом частота вращения должна быть не менее, а потребляемый ток — не более значений, приведенных в табл. 26.10. Измерения выполняют за время, не превышающее 30 с.

Проверка в режиме полного торможения заключается в определении тока стартера и развиваемого стартером момента. Вал стартера затормаживают через шестерню устройством, связанным с динамометрическим измерителем.

Испытания стартеров на гарантийную наработку и на ресурс (ГОСТ 9944-77) могут производиться на стендах, на двигателе внутреннего сгорания в условиях эксплуатации. Испытательные стенды снабжают зубчатым венцом и тормозным устройством для задания момента. При испытаниях на стенде производят искусственное охлаждение стартера. Если температура корпуса превышает 50 °С, делается перерыв. Программа стендовых испытаний на гарантийную наработку и ресурс состоит в том, что на каждые 100 км нормируемого пробега двигателя производят на стенде 10 — 30 (в зависимости от условия эксплуатации автомобиля) включений стартера в режиме, эквивалентном теплому пуску. Для тракторов с непосредственным пуском устанавливается норма: 20 включений на 10 ч нормируемой наработки. Дополнительно при стендовых испытаниях на гарантийную наработку проводится 200 включений, эквивалентных холодному пуску на каждый год гарантийного срока и 2000 включений по той же методике при испытаниях на ресурс.

При испытаниях вольт-амперная характеристика источника питания должна соответствовать полностью заряженной аккумуляторной батарее при температуре электролита +25°С в режиме, эквивалентном теплому пуску, и — 15 °С — при холодном пуске.

В режиме, эквивалентном теплому пуску, стартер нагружают током, равным половине значения тока при номинальной мощности, в течение 1,5 с; при холодном пуске ток стартера устанавливают равным значению тока при пусковой мощности. Продолжительность одного включения для карбюраторных двигателей 10 с, для дизелей 15 — 20 с.