5.4.Характеристики электростартеров

Свойства электростартеров оценивают по рабочим и механическим характе­ристикам. Рабочие характеристики представляют в виде зависимостей напря­же-ния на зажимах стартера U_ст , полезной мощности Р₂ на валу, полезного вра­ща-ющего момента М₂ , частоты вращения якоря n_а и КПД стартерного электро­двигателя от силы тока якоря I_a (рис.13).

Р ис. 13 Рабочие характеристики стартерного электродвигателя

с последовательным возбуждением

При вращении якоря в его обмотке индуцируется ЭДС:

Е_а = с_е * n_е * Ф ,

где с_е - постоянная электрической машины, не зависящая от режима ее работы;

Ф - магнитный поток, проходящий через воздушный зазор и якорь

электро­двигателя.

При питании стартера от аккумуляторной батареи ЭДС:

Е_а = U_н – U_щ – I_аR_aΣ= U_н – U_щ – I_а(R_б + R_пр + R_a + R_с),

где U_щ - падение напряжения в контактах щетки-коллектор;

R_aΣ - суммарное сопротивление цепи якоря;

R_пр - сопротивление стартерной сети;

R_a - сопротивление обмотки якоря;

R_с - сопротивление последовательной обмотки возбуждения.

Частота вращения якоря

n_a = E_a /с_eФ

С уменьшением нагрузки электродвигателя с последовательным возбуждени­ем магнитный поток Ф падает, а n_a быстро возрастает до значения n_a0 при си­ле тока холостого хода I_a0. В стартерах смешанного возбуждения частота вращения в режиме холостого хода ограничивается магнитным потоком параллель­ной об-мотки возбуждения. При уменьшении нагрузки магнитный поток, создава­емый последовательной обмоткой, стремится к нулю, тогда как намагничиваю­щая сила параллельной обмотки и создаваемый ею магнитный поток даже не­много увеличиваются.

Электромагнитный вращающий момент

М = c_м * I_а * Ф ,

где с_м - постоянная электрической машины.

В электродвигателях с последовательным возбуждением через обмотку воз-буждения проходит весь ток якоря I_а, поэтому магнитный поток возрастает с увеличением нагрузки стартера. При одинаковых номинальных параметрах электродвигателей с параллельным и последовательным возбуждением послед-ние развивают большие полезные моменты М_2к в режиме полного торможения. Это улучшает их тяговые свойства, облегчает трогание системы стартер-двига-тель с места и раскручивание коленчатого вала при пуске двигателя при низких температурах.

Подводимая к стартеру мощность за вычетом электрических потерь преоб-разуется в электромагнитную мощность:

Р = π * n_a * M / 30 = E_a * I_a .

Максимальная электромагнитная мощность

Pm = (Un - Uщ)² / 4R_aΣ .

Зависимость электромагнитной мощности от силы тока представляет собой

симметричную параболу с максимальным значением при силе тока I_м, равной

половине тока I_к полного торможения.

Полезная мощность P₂ на валу электродвигателя меньше электромагнитной

на величину суммы P_м механических потерь в подшипниках, в щеточно-кол-лекторном узле и магнитных потерь в пакете якоря.

Полезный вращающий момент на валу электродвигателя

M₂ = 30 P₂ / π * n_a

Сила тока, потребляемого электродвигателем со смешанным возбуждением

I = I_a * I_s ,

где I_s = U_cт / R_s - сила тока в параллельной обмотке возбуждения;

R_s - сопротивление параллельной обмотки возбуждения.

Подводимая к стартерному электродвигателю мощность

Р₁ = U_cт * I .

КПД стартерного электродвигателя

η_cт = P₂ / P₁ .

Механические характеристики элек­тростартеров обычно представляют в виде зависимости вращающего момен­та М2 от частоты вращения якоря n_a.

Пусковая мощность P_п определяется как наибольшая полезная мощность в кратковременном режиме работы при электропитании от батареи, заряженной на 75% , при температура -20°С в конце третьей попытки пуска двигателя с уче­том падения напряжения в проводке.

Напряжение на выводах стартерного электродвигателя при определении но­минальной мощности рассчитывается по формуле:

U_ст = U_n * (1 – а_б * I / С₂₀) ,

где а_б - коэффициент, принимаемый равным 0,05 для батарей емкостью

С₂₀ < 100 А*ч , а также 0,038 и 0,046 соответственно для батарей

6СТ-55ЭМ и 6СТ-190ТР.

Частоту вращения коленчатого вала двигателя электростартером n* в раз-лич­ных условиях пуска определяют по точкам пересечения зависимостей мо-мента сопротивления двигателя М_c и приведенного к коленчатому валу враща-ющего момента стартера М* от частоты вращения коленчатого вала n (рис.14,а). Ми­нимальную температуру пуска Т_min определяют при совмещении на одном графи­ке зависимостей частоты вращения коленчатого вала электростартером n*, ми­нимальной пусковой частоты вращения n_min от температуры Т окружающей

сре­ды (рис.14, б).