Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образования

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)

Кафедра “Электроника и автотракторное электрооборудование”

СИСТЕМЫ ПУСКА ДВИГАТЕЛЯ

Часть 1. КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СТАРТЕРА.

Часть 2. ДИАГНОСТИКА НЕИСПРАВНОСТЕЙ СИСТЕМЫ ПУСКА ДВИГАТЕЛЯ.

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине

“Электрооборудование автомобилей”: 150200 и 240400

Составители: А.П. Попов, В.И. Горбунков, А.О. Чугулев, С.М. Клеванский

Омск

Издательство СибАДИ

2007

Лабораторная работа №3

ЧАСТЬ 1. КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СТАРТЕРА.

1. Цель работы

- знакомство с конструкцией и принципом действия стартера;

- разборка и сборка стартера;

- дать понятие и объяснить назначение основных узлов стартера.

2. Правила безопасной работы

- сборку схемы и любые переключения проводников производить только при снятом питания;

- нельзя включать источник тока при разомкнутой цепи его нагрузки;

- нельзя пользоваться проводниками с нарушенной изоляцией и неисправны-ми наконечниками;

- перед включением схема должна быть представлена преподавателю и получе-но его разрешение на включение;

- на работающем стенде нельзя касаться токоведущих элементов и вращающих частей;

- при любой аварийной ситуации, угрожающей людям или оборудованию, не-обходимо отключить стенд от сети.

3. Домашняя подготовка

- изучить конструкцию и принцип действия стартера, используя данное методическое указание или учебник;

- подготовить к началу работы реферат по конструкции и принципу действия стартера;

Контрольные вопросы к части 1.

1. Перечислите основные узлы стартера и укажите их назначение.

2. За счет чего возникает ЭДС якоря.

3. Будет ли возникать ЭДС якоря при обрыве обмотки возбуждения.

4. Чему будет равен ток якоря при отсутствии тока возбуждения, если известно сопротивление обмотки, сопротивление щеток и внутреннее сопротивление якоря (сопротивлением подводящих проводов пренебречь).

5. Записать выражение для электромагнитного вращающего момента якоря и ЭДС якоря.

6. Построить рабочую характеристику якоря с последовательным возбуждени-ем.

4. Выполнение лабораторной работы

4.1 Общие сведения

Результаты домашней подготовки предъявляются преподавателю перед нача-лом работы на стенде; каждый член бригады должен быть готов дать необходи-мые комментарии к подготовленным материалам.

К выполнению работы преподаватель допускает лишь тех членов бригады, которые показали достаточное знание теории и понимание задач, которые должны решаться в лаборатории.

Работа выполняется членами бригады самостоятельно под наблюдением преподавателя.

При хорошей подготовке и четкой работе всех членов бригады допускается оформление одного отчета на бригаду в ходе выполнения работы и защита выполненной работы на основе этого отчета в день выполнения работы.

Если условия, указанные в предыдущем пункте, не выполнены, к следующе-му занятию должен быть подготовлен отчет по работе - один на бригаду или индивидуальный каждым членом бригады - по усмотрению преподавателя.

Работа защищается каждым членом бригады на основании отчета на следующем занятии. Непредставление отчета по предыдущей работе автоматически ведет к недопуску к следующей работе.

Накопление «долгов» недопустимо и должно рассматриваться как невыполнение плана учебных занятий.

4.2 Последовательность выполнения работы

1) Разобрать стартер;

2) установить степень (толщина) износа коллектора, короткозамкнутых

пластин (штангенциркуль);

3) установить степень износа щеток в % отношении;

4) определить не нарушена ли изоляция относительно вала (омметр);

5) определить не нарушена ли изоляция статора относительно корпуса;

6) собрать стартер.

4.3 Составление отчета

В отчете представить результаты работы по пункту 4.2 и ответы на контрольные вопросы.

5. Общие вопросы по теории, конструкции, принципу действия, характеристикам электростартеров

5.1 Конструкция и принцип действия стартера

Структуры схем систем электростартерного пуска отличаются между собой незначительно (рис.1). В системах управления электростартером предусмотрены электромагнитные тяговые реле, дополнительные реле и реле блокировки, обеспечивающие дистанционное включение, автоматическое отключение стар-тера от аккумуляторной батареи после пуска двигателя и предотвращение включения стартера при работающем двигателе.

Источником энергии в системах электростартерного пуска является стартерная свинцовая аккумуляторная батарея - химический источник тока, поэтому в электростартерах используют электродвигатели постоянного тока. Характеристики стартерного электропривода с электродвигателями постоянного тока последовательного или смешанного возбуждения хорошо согласуются со слож-ным характером нагрузки, создаваемой поршневым двигателем при пуске.

Стартерный электродвигатель получает питание от аккумуляторной батареи через замкнутые контакты 2 (рис.2) тягового электромагнитного реле. При за-мыкании контактов выключателя S приборов и стартера, дополнительного реле или реле блокировки втягивающая 3 и удерживающая 4 обмотки тягового реле подключаются к аккумуляторной батарее GB. Якорь 5 тягового реле притягива-ется, сжимая пружину 13 к сердечнику электромагнита, и с помощью штока 6 и рычага 7 механизма привода вводит шестерню 10 в зацепление с зубчатым вен-цом 11 маховика двигателя.

В конце хода якоря 5 контактная пластина 2 замыкает силовые контактные болты 1, и стартерный электродвигатель 12, получая питание от аккумулятор-ной батареи, приводит во вращение коленчатый вал двигателя.

После пуска двигателя муфта свободного хода 9 предотвращает передачу вращающего момента от маховика к валу якоря электродвигателя. Шестерня привода не выходит из зацепления с венцом маховика до тех пор, пока замкну-ты контактные болты 1. При размыкании выключателя S втягивающая и удер-живающая обмотки тягового реле подсоединяются к аккумуляторной батарее последовательно через силовые контактные болты 1. Так как число витков у обеих обмоток одинаково и по ним при последо-вательном соединении про-ходит один и тот же ток, обмотки при разомкнутом выключателе S создают два равных, но противоположно направленных магнитных потока. Сердечник электромагнита размагничивается, возвратная пружина перемещает якорь 5 реле в исходное нерабочее положение и выводит шестерню 10 из зацепления с зубчатым венцом маховика. При этом размыкаются и силовые контактные болты 1.

Недостатком систем электростартерного пуска с дистанционным управлением является большое количество элементов и необходимость применения сложных конструкций стартеров. Однако их использование позволяет уменьшить длину силовых электроцепей стартерного электродвигателя и тягового реле, уменьшить продолжительность пуска, расход энергии на пуск и тем самым увеличить срок службы аккумуляторной батареи и стартера.

5.2 Особенности работы электростартеров и требования к электростар-терам

Электростартер получает питание от аккумуляторной батареи - автономного источника электроэнергии ограниченной мощности. Вследствие внутреннего падения напряжения в батарее напряжение на выводах электростартера не остается постоянным, а уменьшается с увеличением нагрузки и силы потребляемого тока.

Сила тока электростартеров может составлять несколько сот и даже тысяч ампер. При такой силе тока на характеристики стартерного электродвигателя большое влияние оказывает падение напряжения в стартерной сети, т.е. в стар-терном проводе и «массе».

Характеристики стартерных электродвигателей зависят от емкости и технического состояния аккумуляторной батареи. «Семейству» вольт-амперных характеристик батареи соответствует «семейство» рабочих и механических харак-теристик стартерного электродвигателя.

Для стартерного электропривода двигателя характерна значительная неравномерность нагрузки, обусловленная резким изменением момента сопротивления от сил давления газов в цилиндрах и сложной кинематикой кривошипно-шатунного механизма. При переменной нагрузке снижается мощность и КПД системы пуска, что необходимо учитывать при выборе мощности стартерного электродвигателя и емкости аккумуляторной батареи.

Режим работы электростартеров - кратковременный с длительностью вклю-чения до 10 с при температуре 20°С. При отрицательных температурах допус-кается длительность работы до 15 с для стартеров бензиновых двигателей и до 20 с для стартеров дизелей.

Длительное время по отношению к периоду прокручивания коленчатого вала двигателя стартер может работать в режимах полного торможения и хо-лостого хода. Якорь стартера должен без повреждений в течение 20 с выдержи-вать нагрузки, возникающие при частоте вращения коленчатого вала, на 20% превышающей частоту его вращения в режиме холостого хода.

Якорь стартера должен иметь надежный привод к коленчатому валу при пуске двигателя и автоматически отключаться от него после осуществления пуска. Конструкция стартера и зубчатая передача должны обеспечивать надежный ввод шестерни в зацепление и передачу коленчатому валу двигателя вращающего момента. Шестерня привода стартера не должна самопроизвольно входить в зацепление с венцом маховика. Муфта свободного хода привода должна защищать якорь от механических повреждений. Тяговое реле стартера должно обеспечивать ввод шестерни в зацепление и включение стартера при снижении напряжения до 9 В для U_н=12 В и до 18 В для U_н=24 В при температуре окружающей среды (20±5)°С. Контакты тягового реле должны оставаться замкнутыми при снижении напряжения на выводах стартера до 5,4 и 10,8 В при номинальных напряжениях соответственно 12 и 24 В.

Пусковой цикл (попытка пуска) на двигателе (на стенде) не должен превышать 15 с при температуре окружающей среды (20±5)°С. Допускается не более трех пусковых циклов подряд с перерывам между ними не менее 30 с. После охлаждения стартера до температуры окружающей среды допускается еще один пусковой цикл.

Не допускается нагружать стартер более чем на номинальную мощность. Повышение температуры стартера во время пусковых циклов не должно приводить к изменениям, отрицательно влияющим на его работоспособность.

Рациональному использованию аккумуляторной батареи, имеющей в систе-ме пуска относительно большую массу и в наибольшей степени подверженной влиянию эксплуатационных факторов, способствуют правильное согласование характеристик элементов системы пуска и обоснованный выбор ее схемы и параметров, при которых расходуется минимальное количество энергии источника тока.

Для уменьшения длины стартерных проводов, габаритных размеров и массы стартера и батареи, а также для удобства их установки и технического об-служивания важно предусмотреть рациональное размещение элементов систе-мы пуска двигателя на автомобиле.

Параметром, определяющим рациональное согласование мощностной ха-рактеристики пускового устройства с пусковыми характеристиками двигателя, является передаточное число привода.

При изменении передаточного числа привода меняется наклон механичес-кой характеристики стартерного электродвигателя, приведенной к коленчатому валу двигателя. С повышением передаточного числа приведенный вращающий момент увеличивается, а приведенная частота вращения вала уменьшается.

Максимальное значение мощности электростартера смещается в сторону меньшей частоты вращения коленчатого вала. Для каждого типа двигателя и заданных условий пуска существуют наивыгоднейшие передаточные числа, при которых наилучшим образом используются мощностные характеристики стартерного электродвигателя.

Автомобильные электростартеры должны обеспечивать номинальные параметры при нормальных климатических условиях: температура окружающего воздуха (25±10)°С; относительная влажность (45-80)%; атмосферное давление (84-106) кПа.

5.3 Устройство электростартеров

Автомобильные электростартеры отличаются по способу управления и воз-буждения, типу механизма привода, способу крепления на двигателе и степени защиты от проникновения пыли и воды.

По типу и принципу работы приводных механизмов выделяют стартеры с электромеханическим перемещением шестерни привода, которые получили наибольшее распространение, и стартеры с инерционным или комбинирован-ным приводом.



Для предотвращения разноса якоря после пуска двигателя в автомобильные электростартеры устанавливают роликовые, хра-повые и фрикционно-храповые муфты свободного хода. Стартер состоит из электродвигателя постоянного тока с последователь-ным или смешанным возбужде-нием, электромагнитного тягово-го реле и механизма привода. В стартер может быть встроен до-полнительный редуктор. Узлами и деталями электростартера с электромеханическим включени-ем шестерни являются корпус 22 (рис.3.) с полюсами 21 и катуш-ками 20 обмотки возбуждения, якорь 24 с обмоткой и коллекто-ром 16, механизм привода с муфтой свободного хода 2, шестерней 1 и буферной пружиной 4, электромагнитное тяговое реле с корпусом 8, обмоткой 9, контактными болтами 13 с контактами 12, крышка 6 со стороны привода, крышка 17 со стороны коллектора и щеточный узел с щеткодержателями 15, щетками 19 и щеточными пружинами 14.

Корпус. Полюсы. Обмотка возбуждения

Корпусы (рис.4.) электростартеров изготавливают из трубы или стальной полосы (сталь 10 или Ст 2) с последующей сваркой стыка.

С целью улучшения герметизации корпус не имеет окон для доступа к щет-кам Длина корпуса в 1,6-2 раза больше длины пакета якоря. Толщина корпуса зависит от диаметра D корпуса и составляет (0,05-0,08) D. В корпусе 2 преду-смотрено отверстие для выводного болта 8 обмотки возбуждения. Корпус мо-жет иметь установочные прорези на торцах и конусообразные проточки для установки уплотнительных колец.

К корпусу 2 винтами 3 крепят полюсы 12 с катушками 1 обмотки возбуждения. Все автомобильные стартеры выполняют четырехполюсными. Катушки последовательных и параллельных обмоток возбуждения устанавливают на от-дельных полюсах, поэтому число катушек равно числу полюсов.



Рис.4. Корпус стартера СТ142-Б в сборе Рис. 5. Полюс стартера СТ142-Б

1-катушка; 2-корпус; 3-винт полюса; 4- изоляционная

втулка; 5,6-соответственно уплотнительная и изоля-

ционная шайбы; 7-шайба; 8-выводной болт; 9-гайка

М12; 10-пружинная шайба; 11-изоляционный материал;

12-полюс.

Горячекатанные или штампованные полюсы (рис.5.) стартера состоят из магнитопровода, полюсных наконечников и изготавливаются из профильной стали.

Катушки (рис.6.) последовательной обмотки имеют небольшое число витков неизолированного медного провода 3 прямоугольного сечения марки ПММ. Между витками катушки прокладывают электроизо-ляционный картон толщиной 0,2- 0,4 мм.

Катушки параллельной обмотки возбуждения на-матывают изолированным круглым проводом марок ПЭВ-2 и ПЭТВ. Снаружи катушки изолируют лен-той из изоляционного материала (хлопчатобумажная тафтяная лента, батистовая лента Б-13). Внешняя изоляция после пропитывания лаком и просушива-ния имеет толщину 1-1,5 мм. Перспективно приме-нение полимерных материалов при изолировании катушек, с помощью которых можно получить покрытия, равномерные по толщине, стойкие к воз-действию агрессивной среды и повышенной темпе-ратуры.

Якорь

Якорь (рис.7) стартера представляет собой шихтованный сердечник, в пазы которого укладываются секции обмотки. В шихтованном сердечнике меньше потери на вихревые токи. Пакет якоря напрессован на вал 4, вращающийся в двух или трех опорах с бронзографитовыми подшипниками, подшипниками из других порошковых материалов, либо с подшипниками качения.

Пакет якоря набран из стальных пластин (сталь 0,8 кп или сталь 10) толщи-ной 1-1,2 мм (рис.8.). Крайние пластины пакета из электроизоляционного кар тона ЭВ толщиной 2,5 мм предохраняют от повреждения изоляционный мате-риал лобовых частей обмотки якоря.

В стартерных электродвигателях применяют простые волновые обмотки с одно- и двухвитковыми секциями (см. рис. 7, б). Одновитковые секции выполняют из неизолиро-ванного прямоугольного провода марки ПММ. Обмотки с двухвитковыми секциями наматывают круглыми изолиро-ванными проводами ПЭВ-2 и ПЭТВ.

Полузакрытые или закрытые пазы якорей могут иметь прямоугольную или грушевидную форму (рис.9). При пря-моугольной форме пазов обеспечивается лучшее их запол-нение прямоугольным проводом. В этом случае проводни-ки в пазы укладывают в два слоя и изолируют друг от друга и от пакета якоря гильзами 3-образной формы из электро-картона толщиной 0,2-0,4 мм или полимерной пленки. Па-зы грушевидной формы с постоянным или переменным се-чением зубца применяют в стартерах малой мощности с двухвитковыми секциями.

Концы секций обмотки якоря укладывают в прорези «петушков» коллекторных пластин. Конец одной секции и начало следующей по ходу обмотки присоединяют к одной коллекторной пластине.

На лобовые части обмотки якоря накладывают бандажи, состоящие из не скольких витков проволоки, хлопчато-бумажного шнура или стекловолокнистого материала, намотанных на прокладку из электроизоляционного картона. Бандаж из стекловолокна менее дорогостоящий, для него можно не применять крепежные скобы. Бандаж может быть изготовлен в виде алюминиевого кольца с изоляционной кольцевой прокладкой из гетинакса или текстолита. Лобовые части секций изолируют друг от друга электроизоляционным картоном.

Коллекторы. Щетки. Щеткодержатели.

В электростартерах применяют сборные ци-линдрические коллекто-ры на металлической втулке, а также цилинд-рические и торцовые коллекторы с пластмас-совым корпусом.

Сборные цилиндри-ческие коллекторы (рис.10, а), применяемые на стартерах боль-шой мощности, состав-ляют из медных плас-тин и изолирующих прокладок из миканита, слюдинита или слюдопласта. Пластины в коллекторе закрепляются с помощью металлических нажимных колец 2 и изоляционных корпусов 4 по боковым опорным поверхностям. От металлической втулки 1, которую напрессовывают на вал якоря, медные пластины изолируют цилиндрической втулкой из миканита.

Рабочая поверхность коллектора должна иметь строго цилиндрическую форму. Монолитность конструкции и биение рабочей поверхности сборных ци-линдрических коллекторов зависят от точности изготовления сопрягаемых деталей. Вследствие податливости изоляционных прокладок между пластинами первоначаль-ная форма сборного цилиндрического коллектора в процессе эксплуатации может измениться, что приводит к усилению искрения под щетками.

В цилиндрических коллекторах с пластмассовым корпусом (рис.10, б) пластмасса является формирующим элементом кол-лектора. Она плотно охватывает сопрягаемые поверхности независимо от конфигурации и точности изготовления коллекторных пластин, изолирует коллекторные пластины от вала и воспринимает нагрузки. В качестве пресс-материала чаще всего используется пластмасса АГ-4С. Для повышения прочности коллектора применяют армировочные кольца из металла и пресс-материала. При небольших размерах коллектор может быть изготовлен из цельной цилиндрической заготовки, разрезаемой после опрессовки пластмассой на отдельные ламели.

Торцовые коллекторы (рис.10, в) по сравнению с цилиндрическими имеют меньшие размеры и металлоемкость. Рабочая поверхность торцового коллектора находится в плоскости, перпендикулярной к оси вращения якоря. При изготовлении торцового коллектора из медной втулки формируется пластина в виде диска с отверстием, прямоугольными пазами по числу требуемых коллекторных пластин и кольцевыми выступами. Диск со стороны выступов спрессовы-вается пластмассой. В пластмассовом корпусе прошивают внутреннее отверс-тие для напрессовки коллектора на вал. Для разделения пластин производится обсечка коллектора по наружному диаметру.

В стартерах с цилиндрическими коллекторами щетки 4 (рис.11, а) устанав-ливают в четырех коробчатых щеткодержателях 5 радиального типа, закрепленных на крышке 6 со стороны коллектора. Необходимое удельное давление (30-120 кПа) щетки на коллектор обеспечивают спиральные пружины 10. Щеткодержатели изолированных щеток отделены от крышки прокладками из текстолита или другого изоляционного материала. В стартерах большой мощ-ности в каждом из радиальных щеткодержателей устанавливают по две щетки.

В электростартерах с торцовыми коллекторами щетки 4 (рис.11, б) размещают в пластмассовой или металлической траверсе и прижимают к рабочей поверхности коллектора витыми цилиндрическими пружинами.

Щетки имеют канатики 3 и присоединяются к щеткодержателям 5 с помо-щью винтов 7. Обычно щетки устанавливают на геометрической нейтрали. На некоторых стартерах для улучшения коммутации щетки смещают с геометри-ческой нейтрали на небольшой угол против направления вращения.

Щетки в щеткодержателях должны перемещаться свободно, но без сильно-го бокового люфта.

В электростартерах применяют меднографитные щетки с добавками свинца и олова. Содержание графита выше в щетках для мощных стартеров и старте-ров для тяжелых условий эксплуатации. Плотность тока j_щ в щетках электро-стартеров находится в пределах 40-100 А/см². От допустимой плотности тока зависят размеры щеток и падение напряжения под щетками U_щ.

Крышки, подшипники

Крышки со стороны коллектора изготавливают методом литья из чугуна, стали, алюминиевого или цинкового сплава, а также штампуют из стали. Крышки могут иметь дисковую или колоколообразную форму. В крышках колоколообразной формы предусмотрены окна для доступа к щеткам.

Крышки со стороны привода изготавливают методом литья из алюминиевого сплава или чугуна. Конструкция крышки зависит от материала, из которого она изготовлена, типа механизма привода, способа крепления стартера на двигателе и тягового реле на стартере. Установочные фланцы крышки име-ют два или большее число отверстий под болты крепления стартера. Фланцевое крепление стартера к картеру сцепления дает возможность сохранить посто-янство межосевого расстояния в зубчатом зацеплении при снятии и повторной установке стартера. В крышке предусмотрено отверстие, которое позволяет шестерне привода входить в зацепление с венцом маховика.

В крышках и промежуточной опоре устанавливают подшипники скольже-ния. Промежуточную опору предусматривают в стартерах с диаметром корпуса 115 мм и более. Подшипники смазывают в процессе производства и при необ-ходимости во время технического обслуживания в эксплуатации. В стартерах большой мощности для грузовых автомобилей бобышки подшипников имеют масленки с резервуарами для смазочного материала и смазочными фильцами.

На автомобилях ВАЗ моделей 2108 и 2109 установлен стартер 29.3708, име-ющий только одну опору в крышке со стороны коллектора. Вторая опора со стороны привода предусмотрена в картере сцепления.

Тяговые электромагнитные реле

Управляемые дистанционно тяговые реле обеспечивают ввод шестерни в зацепление с венцом маховика и подключают стартерный электродвигатель к аккумуляторной батарее. Они отличаются по способу крепления на стартере, количеству обмоток, конструкции контакт-ного устройства и форме стопа электромагнита.

На большинстве стартеров тяговое реле располагают на приливе крышки со стороны привода. С фланцем прилива крышки реле соединяют непосредственно или через дополнительные крепежные элементы.

Реле может иметь одну или две обмотки, намотанные на латунную втулку, в которой свободно перемещается стальной якорь 11 (рис.12), воздействующий на шток 15 с подвижным контактным диском 4. Два неподвижных контакта в виде контактных болтов 21 закрепляют в пластмассовой крышке 2.

В двухобмоточном реле удерживающая обмотка 13, рассчитанная только на удержание якоря реле 11 в притянутом к сердечнику 16 состоянии, намотана проводом меньшего сечения и имеет прямой выход на «массу». Втягивающая обмотка 14 подключена параллельно контактам реле. При включении реле она действует согласно с удерживающей обмоткой и создает необходимую силу притяжения, когда зазор между якорем 11 и сердечником 16 максимален. Во время работы стартерного электродвигателя замкнутые контакты тягового реле шунтируют втягивающую обмотку и выключают ее из работы.

Контактные системы могут быть разделенной или неразделенной конструкции.

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).

Рис. 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_aУ= U_н - U_щ - I_а(R_б + R_пр + R_a + R_с),

где U_щ - падение напряжения в контактах щетки-коллектор;

R_aУ - суммарное сопротивление цепи якоря;

R_пр - сопротивление стартерной сети;

R_a - сопротивление обмотки якоря;

Rс - 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 = р * n_a * M / 30 = E_a * I_a .

Максимальная электромагнитная мощность

Pm = (Un - Uщ)² / 4R_aУ .

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 / р * 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

з_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).

ЧАСТЬ 2. ДИАГНОСТИКА НЕИСПРАВНОСТЕЙ СИСТЕМЫ ПУСКА ДВИГАТЕЛЯ

1. Цель работы

- изучение системы пуска и освоение приемов определения неисправностей элементов системы пуска двигателя;

- приобретение навыков работы с диагностическим оборудованием.

2. Правила безопасной работы

- сборку схемы и любые переключения проводников производить только при снятом питания;

- нельзя включать источник тока при разомкнутой цепи его нагрузки;

- нельзя пользоваться проводниками с нарушенной изоляцией и неисправны-ми наконечниками;

- перед включением схема должна быть предъявлена преподавателю и получе-но его разрешение на включение;

- на работающем стенде нельзя касаться токоведущих элементов и вращающих частей;

- при любой аварийной ситуации, угрожающей людям или оборудованию, не-обходимо отключить стенд большой красной кнопкой ”Общий стоп” и сооб-щить преподавателю.

3. Домашняя подготовка

- изучить по лекциям или литературе [13] теоретические вопросы по систе-мам пуска двигателей;

- подготовить к началу работы реферат по одному из вариантов электрической схемы системы пуска и описать принцип действия схемы;

- изучить возможные причины неисправностей устройств, входящих в состав системы пуска и методы обнаружения неисправностей (краткие сведения по неисправностям изложены в пп. 5, 6 данных методических указаний).

Контрольные вопросы к части 2.

1. Каким образом можно обнаружить межвитковое замыкание обмотки якоря.

2. Объясните причины по которым стартер не развивает необходимую мощ-ность (при наличие технически исправного аккумулятора).

3. Объясните почему при включение стартера коленчатый вал не вращается.

4. Объясните почему стартер не отключается после пуска двигателя.

5. Объясните почему не вращается якорь стартера, а тяговое реле включается.

4. Выполнение лабораторной работы

4.1 Организация выполнения работы

Перед выполнением работы по проверке технического состояния стартера необходимо ознакомиться с общими сведениями по неисправностям системы пуска и проверкой технического состояния стартера на стенде Э-242 (пп.5, 6).

5.Общие сведения по неисправностям, возникающим в системе пуска(признаки неисправностей)

Неисправности, возникающие в системе пуска, характеризуются следующи-ми основными признаками: стартер включается, а затем самопроизвольно от-ключается; не включается тяговое реле стартера; тяговое реле включается, но якорь электродвигателя стартера не вращается; электродвигатель стартера не развивает необходимую мощность, электродвигатель стартера работает, а коленчатый вал двигателя не вращается; повышенный шум при включении стар-тера; стартер не выключается после пуска двигателя. Ниже дано описание воз-никновения неисправностей системы пуска.

5.1 Стартер включается, а затем отключается

При включении стартер включается, но реле стартера отключает цепь; слы-шен шум (треск) реле включения или тягового реле стартера.

Основные неисправности: неисправна или разряжена аккумуляторная ба-тарея; низкая температура электролита в аккумуляторах батареи; окисли-лись наконечники проводов и неплотно крепление их на выводах аккумуляторной батареи, клеммах тягового реле стартера и корпусе автомобиля; неисп-равно реле включения или тяговое реле стартера.

У неисправной или сильно разряженной батареи напряжение в момент включения стартера резко снижается, поэтому реле включения или тяговое реле стартера отключают цепь. При отключении цепи напряжение батареи повыша-ется и реле вновь включается. Таким образом, стартер то включается, то вык-лючается, что и вызывает характерный треск реле.

Понижение температуры электролита затрудняет проникновение его в ак-тивное вещество электродов аккумуляторов, поэтому напряжение батареи зна-чительно уменьшается. Проверяется состояние аккумуляторной батареи и сос-тояние контакта в соединениях наконечников стартерных проводов с выводами батареи и с клеммами тягового реле стартера измерением напряжения на выво-дах батарей на наконечниках стартерных проводов, а затем на клемме тягового реле и корпусе стартера. При исправной цепи замеряемое напряжение должно быть одинаковое. Затем те же измерения напряжения повторяют при включен-ном стартере. Стартер включают на 3-4 с и между включениями делают интер-вал в 15-20 с. При этом напряжение на выводах исправной и заряженной 12-вольтной батареи должно быть не менее 10 В (для 24-вольтной батареи - не ме-нее 20 В).

Разница в показаниях вольтметра на клеммах батареи и клеммах стартера при хороших контактах в проверяемой электрической цепи не должна быть больше 1,5 В. При большей разнице следует хорошо зачистить и плотно закре-пить все наконечники проводов, соединяющих батарею с корпусом и клеммами тягового реле стартера, а при необходимости произвести пайку наконечников или замену вышедшего из строя провода.

5.2 Не включается тяговое реле стартера

При включении стартера он не включается и не прослушивается характер-ный щелчок срабатывания реле, не прослушивается стук деталей привода стар-тера, так как не происходит удара зубьев при введении шестерни стартера в за-цепление с венцом маховика.

Основные неисправности: неисправен выключатель зажигания (старте-ра); обрыв цепи, соединяющей выключатель и реле включения; неисправно реле включения; неисправно реле блокировки; неисправен монтажный блок, неисп-равно тяговое реле, не отрегулировано реле включения.

5.3 Тяговое реле включается, но якорь электродвигателя стартера не вращается

При включении стартера слышен единичный характерный звук включения тягового реле, сливающийся со стуком шестерни привода стартера, входящей в зацепление с венцом маховика, а якорь электродвигателя стартера не вращает коленчатый вал двигателя.

Основные неисправности: сильно окислились или подгорели контакты тя-гового реле, неисправен электродвигатель стартера, повышено сопротивление в соединениях наконечников проводов на клеммах тягового реле стартера.

Проводником сечением 12--14 мм2 соеди-няют две силовые клеммы (рис.15) тягового ре-ле. Если при этом якорь электродвигателя стар-тера будет вращаться, то неисправно тяговое реле, если якорь не вращается - неисправен электродвигатель стартера. Если же электро-двигатель исправен, разбирают тяговое реле и зачищают окисленные и подгоревшие поверх-ности торцов головок контактных болтов и дис-ка, (или контактной пластины) напильником или шлифовальной шкуркой, а затем шлифуют. При сильном износе головок болтов и диска (пластины) болты поворачивают на 180° вокруг оси, а диск (пластину) перевертывают другой стороной. При сборке тягового реле необходимо следить за тем, чтобы правильно была установлена клемма втягивающей обмотки.

5.4 Электродвигатель стартера не развивает необходимую мощность

При включении стартера коленчатый вал двигателя вращается слишком медленно, пуск двигателя затруднен.

Основные неисправности: повышение вязкости масла двигателя; низкая температура электролита, сильно разряжена или неисправна аккумуляторная батарея; большое сопротивление в соединениях крепления наконечников прово-дов на выводах батареи и клеммах тягового реле стартера и корпуса автомо-биля; неисправно тяговое реле стартера; неисправен электродвигатель стар-тера.

Проверка состояния аккумуляторной батареи и соединений наконечников проводов описана в начале этой главы. После проверки батареи и состояния це-пи проверяют тяговое реле и электродвигатель стартера.

5.5 Электродвигатель стартера работает, а коленчатый вал двигате-ля не вращается

При включении стартера слышен шум вращения якоря электродвигателя, а коленчатый вал двигателя при этом не вращается вследствие неисправности привода шестерни стартера, поломки зубьев венца маховика или пробуксовки муфты свободного хода.

Проверить муфту свободного хода на пробуксовку можно на автомобиле. Для этого включается передача, а также рабочий тормоз, затем включается стартер. Если слышно, что якорь стартера вращается, то муфта свободного хода пробуксовывает.

Состояние зубьев венца маховика определяют внешним осмотром через люк или после снятия поддона картера маховика.

5.6 Повышенный шум при включении стартера

Обычно это скрежет шестерни привода, которая не входит в зацепление с венцом маховика.

Основные неисправности: нарушена регулировка момента включения шес-терни привода, образование забоин на торцах зубьев венца маховика, корпус статера неплотно закреплен на картере маховика, неисправен привод.

Забоины на зубьях венца маховика устраняют напильником и абразивными брусками. Болты крепления стартера к картеру маховика подтягивают. Неисп-равный привод монтируют или заменяют.

5.7 Стартер не выключается после пуска двигателя

После пуска двигателя и возвращения ключа выключателя зажигания (стар-тера) в 1-е рабочее положение якорь электродвигателя продолжает вращаться.

Основные неисправности: заедание втулки привода на валу якоря; свари-вание контактов реле включения; сваривание контактного диска с контакт-ными торцами болтов тягового реле; заедание в выключателе зажигания.

Заедание втулки привода на валу якоря происходит вследствие загрязнения червячной нарезки и образования налета на поверхности вала якоря от износа бронзового подшипника втулки привода.

Сваривание контактов реле включения возникает чаще всего из-за непра-вильной регулировки реле, когда слишком мал зазор между контактами и пру-жина якорька имеет слабое натяжение.

Сваривание рабочих поверхностей контактного диска и головок болтов тя-гового реле возникает при ослаблении возвратной пружины, отводящей диск тягового реле. Если замедляется выключение, то в точках контакта поверхнос-тей возникает сильная электрическая дуга, вызывающая оплавление диска и торцов болтов.

В случае заедания в выключателе зажигания (стартера) выключение старте-ра производят принудительным поворотом ключа или отсоединением прово-дов от аккумуляторной батареи.

Если стартер не выключается, то после пуска двигателя маховик будет вра-щать муфту свободного хода привода стартера настолько быстро, что произой-дет перегрев муфты, вследствие чего может произойти ее заклинивание. Тогда якорь будет вращаться с очень большой частотой, что приведет к отрыву про-водников от пластин коллектора и распущению обмотки якоря.

6. Проверка технического состояния стартера на стенде Э-242

Техническое состояние стартеров характеризуется следующими параметра-ми:

- частотой вращения при заданном токе потребления в режиме холостого хода;

- тормозным моментом при заданном токе потребления в режиме полного торможения.

6.1 Проверка напряжения включения и потребляемого тока реле стар-тера

Установите стартер на стенд. Подключите стартер к стенду как показано на рис.18, в зависимости от типа электрической схемы стартера. Отсоедините перемычку, идущую от главных контактов к электродвигателю.

Установите переключатели стенда в следующие положения: S7-1, S6-150A, S3-30A, S4-1, S2 в положение, соответствующее номинальному напряжению стартера. Включите стенд. Нажмете кнопку- SB2. Переключателем S3 и реостатом нагрузки увеличивай напряжения до срабатывания реле стартера.

Тяговое реле должно выдвинуть шестерню привода до упора, контакты главной цепи должны замкнуться, при этом, если главные контакты находятся в нормальном состоянии, показание вольтметра должно быть равно нулю. Допустимое падение напряжения на главных контактах 0,1В на каждые 100А протекающего через них тока нагрузки. Для замера падения напряжения используется амперметр, который в крайнем правом положении переключателя S6 работает как вольтметр с пределом измерения 1,5В; для его подключения служит розетка ХS15. Подключение амперметра в качестве вольтметра показано на рис.18, но может быть осуществлено при проверке стартера в режиме полного торможения.

В дополнение следует указать, что момент замыкания главных контактов должен контролироваться при каждом ремонте стартера и при необходимости регулироваться. Момент замыкания проверяется измерением зазора между шес-терней и упорной шайбой.

Рассмотрим это на примере проверки стартера СТ 103. В комплекте при-надлежностей стенда имеется комбинированный шаблон с двумя размерами по ширине - 16 мм и 11,7 мм, С помощью этою шаблона устанавливаются требуе-мые зазоры между шестерней и упорной шайбой. При зазоре 16 мм главные контакты должны быть разомкнуты, вольтметр стенда при этом покажет напря-жение источника питания.

При зазоре 11,7 мм главные контакты должны быть замкнуты и показание вольтметра должно быть равно нулю. У стартера СТ 103 момент замыкания главных контактов регулируется винтом якоря тягового реле.

6.2 Проверка стартера в режиме холостого хода

Подключите стартер к стенду, как показано на рис.17 или рис.19.

По схеме рис. 6 проверяются стартеры с током потребления более 150 А.

Установите переключатели стенда в следующие положения: S7 - 1, S1 - 3. Пе-реключатель S6 устанавливается в положение 150 А при испытаниях по схеме рис.17, в положении 500А при испытаниях по схеме рис.19. Так как в момент включения пусковой ток стартера значительно превышает потребляемый ток в режиме холостого хода, во избежание перегрузки амперметра рекомендуется устанавливать переключатель амперметра в соответствующие положения только после того, как якорь стартера разовьет обороты.

Включите стенд. Нажмите кнопку SB2. ”Пуск”. Якорь стартера должен вра-щаться. Далее измеряется частота вращения якоря и потребляемый ток. Сравните полученные значения с данными таблицы. Наличие дефектов (тугое вращение вала в подшипниках и др.) вызывает увеличение потребляемой мощности при холостом ходе, вследствие чего ток холостого хода увеличивается, частота вращения якоря падает ниже нормы.

Увеличение тока и уменьшение частоты вращения якоря может быть следствием межвиткового замыкания обмотки якоря, а межвитковое замыкание обмотки возбуждения приводит к повышению частота вращения якоря.

Продолжительность проверки стартера в режиме холостого хода не более 10 секунд.

6.3 Проверка стартера в режиме полного торможения

Установите стартер в зажимное устройство стенда. Отрегулируйте тормоз-ное, устройство так, чтобы шестерня стартера свободно входила в зацепление с зубчатым сектором тормозного устройства при включении привода стартера. При этом зубчатый сектор по модулю должен соответствовать модулю шестер-ни стартера, исключение составляет, стартер с модулем 3,175 , для которого зубчатый сектор устанавливается с модулем 3.

Для измерения тормозного момента на валу стартера переключатель S7 в зависимости от модуля проверяемого стартера, устанавливается в следующие положения:

- в положение “2,5х9” - для стартеров с модулями 2,11 и 2,5 ;

- в положение “3х11” - для стартеров с модулями 3; 3,175 и 3,751 ;

- в положение “4,25х10” - для стартеров с модулями 4,25 и 4.5.

Переключатель S1 в зависимости величины крутящего момента, развиваемого стартером, установить в положение 1 при величине крутящего момента до 25 Н*м или в положение 2 при величине крутящего момента более 25 Н*м.

Переключатель S6 установить в положение 1500А или 500А в зависимости от потребляемого тока.

Переключатель S2 - для стартеров с номинальным напряжением 12В - в положение 1; для стартеров с номинальным напряжением 24В рекомендуется пода-вать на стартер пониженное напряжение - переключатель S2 должен находиться в положении 4 (правое крайнее).

Включите стенд. Нажмите “Пуск”, снимите показания амперметра и изме-рителя тормозного момента и сравните с данными приложения 1. В том, случае, если модуль и число зубьев проверяемого стартера отличается от указанных на стенде положений переключателя S7 - 2,5х9; 3х11; 4,25х10, то для получения действительной величины тормозного момента показание измерительного при-бора необходимо умножить на поправочный коэффициент, приведенный в таб-лице 1.

Таблица 1

Положение переключателя	Модуль и число зубьев стартера	Значение поправочного коэффициента
2,5х9	2,11х11 2,5х8 2,5х9	1,05 0,89 1,00
3х11	3х9 3х11 3,175х9 3,75х10	0,82 1,00 0,87 1,20
4,25х10	4,25х10 4,25х11 4,5х11	1,00 1,10 1,20

В приложении 1 приведены расчетные величины тока и тормозного мо-мента, причем, для стартеров с номинальным напряжением 24В расчет произ-веден при условии, что на стартер подается пониженное напряжение - пере-ключатель S2 находится в правом крайнем положении. Расчетные величины также получены при максимальной величине сопротивления реостата R3 - ползун реостата находится в левом крайнем положении. Реальные показания измерительного прибора могут отличаться от расчетных. Это зависит от положения ползуна реостата R3, а также вследствие изменения напряжения в питающей сети, изменения переходных сопротивлений в контактных соединениях, как самого стенда, так и проверяемого стартера и т.п.

В данном случае измеренный момент, развиваемый исправным стартером, должен быть не менее рассчитанного по формуле:

, Н*м

где:

М_р - расчетный момент, Н*м;

I - действительный (измеренный) ток, А;

I_Р - расчетный ток, А;

I_ХХ - ток холостого хода, А.

Расчетные величины М_р, I_р и величина I_хх приведены в приложении 1. Время проверки не более 10 сек.

6.4 Проверка обмотки якоря на межвитковое замыкание

Порядок проверки следующий.

Установите индуктор на плите тормозного устройства и включите его в розетку ХS4. Установите переключатель S1 в положение 4. Уложите якорь на полюса индуктора, как показано на рис. 20,а и закрепите на валу приспособление для проворачивания якоря. Включите стенд. Прижмите щупы контактного устройства к двум соседним пластикам коллектора якоря и, поворачивая последний, найдите такое положение, при котором показание прибора Р1 будет максимальным. Резисто-ром R1 установите стрелку прибора на удобночитаемую отметку шкалы. Поворачивайте якорь, не меняя пространственного положения щупов и прижимая их следующим пластинам коллектора, считывайте показания прибора. При исправной обмотке показания везде будут одинаковы. При обрыве или полном коротком замыкании показание прибора равно нулю. При частичном коротком замыкании, а также при меньшем числе витков дает увеличение показаний. Пазы, в которых уложена секция с короткозамкнутыми витками могут быть найдены с помощью стальной пластины из комплекта принадлежностей. Поворачивая якорь слегка касайтесь пластиной поверхности якоря (рис. 20,б). Над пазом, в котором расположена секция с коротко замкнутыми витками (витком) пластина будет вибрировать. Это объясняется тем, что по короткозамкнутым виткам (витку) течет ток, создается местное переменное магнитное поле, кото-рое замыкается через пластину и заставляет ее вибрировать.

Принцип работы устройства для определения межвиткового за-мыкания поясняется на рис.21, где в развернутом виде изображена обмотка якоря, коллек-тор, и индуктор, возбуждающий переменное электромагнитное поле. За счет изменения потока индукции Ф во времени на проводниках обмотки, располо-женных в пазах якоря, возникает ЭДС. Наибольшее значение ЭДС возникает в проводниках, расположенных вблизи полюсов. Если учесть, что обмотка якоря замкнута накоротко сама на себя, то показание вольт-метра 7 будут зависеть от полюсов пластин, к которым он подключен. Вольтметр будет показывать некоторую суммарную ЭДС, максимум её определяется экспериментальным путем щупов вольтметра вправо-влево.

Необходимо учитывать, что якорь имеет только 1 или 2 витка в каждой сек-ции, располагаемой в двух пазах, а сам провод обмотки имеет незначительное сопротивление из-за большого поперечного сечения, вследствие этого отклоне-ние стрелки индикатора зависит также от прочности контакта в точке замыкания обмотки. Поэтому показания вольтметра могут отличаться лишь на несколько делений шкалы при наличии межвитковых замыканий. По этой причине более эффективной является проверка с помощью пластин, как показано на рис.20,б.