Пуск электрическим стартером

12/06/2011 в 17:39

Электрические стартеры представляют собой специальные электродвигатели постоянного тока и применяются для пуска автомобильных, тракторных двигателей и дизелей с высокой частотой вращения и большой мощности. Системы пуска электростартером карбюраторных и дизельных двигателей не имеют принципиальных различий, но мощность электростартеров для дизелей выше.

Электростартер представляет собой малогабаритный электродвигатель постоянного тока, используемый для прокручивания коленчатого вала при пуске двигателя и снабженный специальным устройством для временного (на период пуска) сцепления с зубчатым венцом маховика. Для быстрого и надежного пуска мощность стартера должна быть равна примерно 7-10% мощности двигателя. Чем большее число цилиндров имеет двигатель и чем он быстроходнее, тем меньше может быть мощность стартера по сравнению с мощностью двигателя.

Стартер должен удовлетворять следующим требованиям: иметь достаточную мощность для проворачивания коленчатого вала с требуемой частотой вращения; автоматически выключаться после пуска двигателя и не включаться произвольно во время его работы; развивать большой крутящий момент при возможно меньшей силе тока; иметь небольшие размеры и массу; быть надежным в работе, иметь высокую износостойкость щеток и коллектора.

Электростартеры рассчитаны на кратковременную работу (10-20 с). Они развивают большой крутящий момент для преодоления момента сопротивления проворачиванию коленчатого вала, в результате чего рабочий ток стартера доходит до нескольких сот ампер. В настоящее время промышленностью выпускаются электростартеры мощностью от 0,4 до 11 кВт. Источником питания стартеров являются аккумуляторные батареи с напряжением 6, 12, 24 и 32 В.

Включающие устройства стартеров могут быть с непосредственным (механическим) и дистанционным (электромагнитным) управлением. При непосредственном управлении электрическая цепь стартера замыкается выключателем, действующим при нажатии на рычаг стартера, а при дистанционном управлении - когда рычаг получает усилие от специального электромагнита.

Механизм привода электростартера может быть механическим и электромагнитным. В механическом приводе шестерня стартера вводится в зацепление с венцом маховика рычажным устройством, включаемым машинистом. Электрическая цепь стартера подключается к аккумуляторной батарее после того, как его шестерня войдет в зацепление с венцом маховика. Сцепление шестерен при таком приводе происходит без удара, механизм привода выключается, когда машинист опустит рычаг включения. Чтобы предотвратить разносные обороты стартера после того как двигатель начнет работать, шестерню стартера устанавливают на муфте свободного хода роликового типа, а в мощных стартерах применяют фрикционные муфты свободного хода.

В электромагнитном приводе сцепление шестерен осуществляется специальным электромагнитом. Здесь также при включении вначале вводятся в зацепление шестерни, а затем замыкается электрическая цепь стартера. Выключение шестерен происходит автоматически за счет э. д. с. генератора после того, как двигатель заведется и приведет в действие генератор. Электромагнитный привод исключает возможность ошибочного включения стартера во время работы двигателя, поскольку ток, вырабатываемый генератором, выключает электромагнит привода.

Схема электростартера показана на рис. 158. Ротором стартера является якорь 6, состоящий из обмотки очень малого сопротивления и коллектора. Статор образуют четыре электромагнита индуктора 5, прикрепленных к цилиндрическому корпусу 7. Обмотки возбуждения электромагнитов при помощи щеток соединяются последовательно с обмотками якоря, поэтому при замыкании выключателем 3 цепи стартер - аккумуляторная батарея по ней проходит весь ток, создавая значительное магнитное поле. Вращение якоря происходит вследствие взаимодействия магнитных полей якоря и электромагнитов. Мощность электростартера, а следовательно, крутящий момент на валу якоря будут тем больше, чем ниже сопротивление его обмоток и больше емкость аккумуляторной батареи.

Пуск электрическим стартером

Рис. 158. Схема электростартера: 1 - аккумуляторная батарея, 2 - зажимы выключателя, 3 - выключатель, 4 - кнопка рычага стартера, 5 - электромагнит-индуктор, 6 - якорь с обмоткой, 7 - корпус

Характерным свойством аккумуляторных батарей, устанавливаемых на двигателях с электростартерным пуском для питания электрическим током стартера, является способность отдавать очень большой ток за малый промежуток времени при незначительном внутреннем падении напряжения. Поэтому такие аккумуляторные батареи называют стартерными. Стартерные батареи бывают свинцово-кислотные и щелочные (никель-железные и никель-кадмиевые). Последние не получили широкого распространения из-за большой массы и габаритов, хотя и отличаются высокой надежностью в работе.

Аккумуляторная батарея - это прибор, в котором электрическая анергия, поступающая при зарядке от внешнего источника, затрачивает- ся на образование химических соединений, а в процессе разрядки происходит превращение химической энергии в электрическую. Рабочими частями аккумулятора являются положительные и отрицательные пластины, установленные в специальном сосуде, наполненном электролитом. Электролитом называется водный раствор серной кислоты (для кислотных аккумуляторов) или щелочи (для щелочных аккумуляторов).

У свинпово-кислотных аккумуляторов пластины представляют собой свинцовые решетки, заполненные активной массой - перекисью свинца у положительных пластин, губчатым свинцом - у отрицательных. Активная масса пластин химически взаимодействует с электролитом, в результате чего между пластинами возникает э. д. с. Если пластины соединить проводником, по нему и через электролит под действием э. д. с. пойдет ток, а аккумулятор будет разряжаться. При этом из электролита поглощается серная кислота, а активная масса положительных и отрицательных пластин превращается в сернокислый свинец. Аккумулятор оказывается разряженным при использовании 20- 30% активной массы, так как остальная ее часть, находящаяся в глубоко лежащих слоях, недоступна для кислоты.

Если пластины разряженного аккумулятора соединить с одноименными зажимами источника постоянного тока, то через электролит пойдет ток в направлении, противоположном разрядке. В электролите и в пластинах будут происходить процессы, обратные тем, которые были при разрядке. В этом случае происходит процесс зарядки аккумулятора, который прекращают при выделении пузырьков газа из кислоты (при «кипении» аккумулятора). Частый перезаряд аккумуляторов вреден, так как разрушается активная масса пластин.

Плотность электролита зависит от наличия в нем серной кислоты- чем больше кислоты, тем выше плотность. Поскольку при разрядке аккумуляторов серная кислота расходуется, то степень заряженности аккумулятора определяют, измеряя ее плотность.

Емкостью аккумулятора называют количество электричества (в ампер-часах), отдаваемое полностью заряженным аккумулятором при его разрядке. Чем больше размеры пластин и выше их пористость, тем больше емкость. Если аккумуляторы соединить в батарею параллельно, емкости их складываются. При последовательном соединении емкость батареи равна емкости одного аккумулятора, а напряжение их складывается.

Аккумуляторы (рис. 159) помещают в эбонитовый или пластмассовый сосул 8 G ячейками для отдельных аккумуляторов; несколько аккумуляторов образуют батарею. Комплект положительных и отрицательных пластин 1 собирают в блок. Между ними устанавливают специальные прокладки - сепараторы, чтобы разноименные пластины не соприкасались. Сепараторы изготовляют из прочного и стойкого материала - микропористого ёбонита и др.

Пуск электрическим стартером

Рис. 159 Устройство аккумулятора: 1 - пластина. 2 - полюсные штыри. 3 - свинцовая втулка, 4 - пробка, 5 - крышка, 6 - прокладка. 7 - выступы-ребра. 8 - сосуд

Пластины присоединяют к полюсным штырям 2, припаянным к свинцовым втулкам 3 и расположенным в крышке 5. Пластины устанавливают на выступы-ребра 7, между которыми на дно осаждается шлам. 1ебра предохраняют пластины от короткого замыкания. Электролит наливают в аккумулятор через отверстие в крышке, закрываемое пробкой 4, которая имеет отверстие для выхода газа и отражатель для предотвращения выбрызгивания электролита.

Для автомобилей, автобусов и тракторов выпускают аккумуляторные свинцовые стартерные батареи двух типов: СТ - стартерная для автомобилей и автобусов; ТСТ - стартерная для машин тяжелой службы (тракторов, дорожных, сельскохозяйственных машин и т. п.).

Условное обозначение батареи, например ЗТСТ-150ЭМС и ЗТСТ-150ЭРС расшифровывается таким образом: первая цифра указывает число аккумуляторов в батарее; буквы ТСТ - тип батареи (стартерная для машин тяжелой службы), следующие за буквами цифры (150)- номинальную емкость при 20-часовом режиме разряда в ампер-часах, буквы после цифр - исполнение батареи (Э - эбонит, М - ми-пласт, Р - мипор, С - стекловолокно).

Двигатели, оборудованные стартерным пуском, имеют специальные электрогенераторы, предназначенные для систематической подзарядки стартерных батарей в период работы двигателя. Привод генераторов осуществляется от коленчатого вала двигателя при помощи клиновидных ремней или зубчатой передачи через полужесткую муфту. В качестве источников тока на двигателях применяют генераторы постоянного и переменного тока.

Генератор постоянного тока (рис. 160) состоит из якоря 9, в обмотках которого индуктируется э. д. с, индукторов (магнитов) 6 для создания магнитного поля и коллектора 8 со щетками 7 и 10 для выпрямления переменного тока, получаемого в обмотках якоря, и передачи его в цепь.

Пуск электрическим стартером

Рис. 160. Схема генератора постоянного тока с регулятором напряжения: 1 - переключатель, 2 - якорек регулятора напряжения. 3 и 4 - контакты, 5 - резистор, 6 - индукторы, 7 и 10 - положительная и отрицательная щетки, 8 - коллектор. 9 - якорь, 11 - пружина якорька, 12 - стойка регулятора напряжения, 13 и 14 - сердечник и обмотка электромагнита, 15 - аккумуляторная батарея, 16 - потребители

Индукторы состоят из сердечников с обмотками возбуждения, которые соединены между собой последовательно таким образом, что при прохождении по ним тока сердечники приобретают разноименную полярность. В начале работы при небольшой частоте вращения якоря их обмотка пересекает магнитный поток статора, величина которого незначительна и обусловлена остаточным магнетизмом железа корпуса и сердечников. Поэтому в первоначальный момент в обмотках якоря индуктируется небольшая э. д. с. Однако по мере возрастания частоты вращения по обмоткам возбуждения проходит больший ток, вследствие чего магнитный поток быстро увеличивается - происходит возбуждение генератора.

Генератор возбуждается только тогда, когда ток в обмотках возбуждения создает магнитное поле, совпадающее с остаточным магнитным полем. Это может произойти лишь при определенном направлении вращения якоря, в результате чего различают генераторы правого И левого вращения.

Постоянное напряжение тока, вырабатываемого генератором при изменяющейся частоте вращения двигателя, поддерживается путем изменения силы тока в обмотках возбуждения вибрационным регулятором напряжения. Основными его частями являются электромагнит, вибратор и резистор. Обмотка возбуждения генератора включена в цепь якоря через стойку 12 регулятора, якорек 2, контакты 3 и 4. В цепи ток возбуждения включен резистор 5.

Вибрационный регулятор напряжения работает следующим образом. Если напряжение на зажимах генератора не превышает допустимого предела, то по обмогке 14 проходит слабый ток, вызывающий небольшое намагничивание сердечника 13. Пружина 11 удерживает контакты в замкнутом состоянии. При этом ток через резистор не идет.

Когда напряжение генератора чрезмерно возрастает, увеличивается также и ток в обмотке. Притяжение якорька электромагнитом превысит силу сопротивления пружины и контакты разомкнутся. Гок возбуждения пойдет в этом случае через резистор, поэтому сила его резко уменьшится. Уменьшение тока приведет к снижению величины магнитного потока и э. д. с. в обмотке якоря генератора. Напряжение на зажимах генератора при этом снизится, его контакты замкнутся и весь процесс повторится снова.

Таким образом, якорек регулятора все время вибрирует, а напряжение на зажимах генератора колеблется в некоторых пределах. В связи с большой частотой колебаний напряжения они не отражаются на равномерности накала ламп.

Конструкция генератора постоянного тока показана на рис. 161. Генератор устанавливают на двигателе. Якорь генератора приводится во вращение от коленчатого вала. Два полюсных сердечника, набранные из пластин трансформаторной стали, с обмотками возбуждения 5 прикреплены к внутренней поверхности стального корпуса 4. Якорь 6 генератора состоит из вала с сердечником, обмотки и коллектора. Сердечник выполнен из стальных пластин с пазами, в которых уложены секции обмотки якоря. Концы секций обмотки припаяны в определенном порядке к коллектору 8, который набран из медных пластин, изолированных друг от друга специальным составом.

Пуск электрическим стартером

Рис. 161. Генератор постоянного тока: 1-шкив 2 и 9 -крышки, 3 и 10 - масленки, 4 - корпус, 5 - обмотки возбуждения, 6 - якорь.7 - зажимы, 8-коллектор, 11-щетки, 12 - щеткодержатель, 13 - крыльчатка

В крышках 2 и 9 корпуса генератора расположены шарикоподшипники, на которых устанавливают якорь. Масленки 3 и 10 служат для подвода смазки к шарикоподшипникам. Шкив 1, выполненны и заодно с крыльчаткой 13, устанавливают на валу якоря и крепят к нему шпонкой. Крыльчатка гонит охлаждающий воздух внутрь корпуса через окна крышки 2, а выходит он через окна крышки 9, на которой закреплены щеткодержатели 12 со щетками 11. Щетки прижимаются к коллектору при помощи специальных пружин.

На корпусе генератора расположены три зажима 7 (М, Я и Ш). К ним присоединяют щетки и концы обмотки возбуждения. К зажиму М (масса корпуса) присоединяют отрицательную щетку и один конец обмотки возбуждения, к изолированному от массы зажиму Я (якорь) - положительную щетку, к изолированному от массы зажиму Ш (шунт) - второй конец обмотки возбуждения.

Другие генераторы отличаются от рассмотренного выше конструкцией отдельных узлов и деталей, числом пар полюсов (одна или две), габаритными размерами, мощностью и напряжением. Однако по принципу действия они аналогичны. Наибольшее распространение имеют генераторы с номинальным напряжением 12 и 24 В и мощностью от 150 до 3500 Вт.

Еще по теме

  • Техническое обслуживание системы топливоподачи карбюраторных двигателей
    При техническом обслуживании проверяют герметичность топливного бака, топливопроводов, топливоподкачивающего насоса, карбюратора, а также очищают их от пыли и грязи. При необходимости проверяют и регулируют карбюратор И топливоподкачивающий насос. При обслуживании системы топливоподачи производят регулировку карбюратора на малую частоту вращения холостого хода, проверяют и регулируют уровень топлива в поплавковой камере карбюратора,[..]
  • Рабочий цикл четырехтактного двигателя
    При работе двигателя поршень совершает возвратно-поступательное движение и занимает в цилиндре различные положения. Крайнее верхнее положение поршня в цилиндре двигателя называют верхней мертвой точкой (в.м.т.), крайнее нижнее - нижней мертвой точкой (н.м.т.), а путь поршня от в.м.т. до н.м.т или обратно - ходом поршня. В двигателях с центральным расположением шатунно-кривошипного[..]
  • Форсунки
    Форсунка предназначена для введения в камеру сгорания и мелкого распыливания топлива, подаваемого насосом. Для распылива-ния топливо должно пройти в камеру дизеля через одно или несколько небольших отверстий (сопл). Чем выше скорость истечения топлива через сопла, тем лучше оно распыливается при впрыске, причем скорость истечения топлива зависит от его давления, создаваемого[..]