Электрическая схема электродвигателя стартера с параллельным возбуждением

Обновлено: 07.07.2024

Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением – это электродвигатель, у которого обмотки якоря и возбуждения подключаются друг к другу параллельно. Часто по своей функциональности он превосходит агрегаты смешанного и последовательного типов в случаях, если необходимо задать постоянную скорость работы.

Характеристики двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением

Формула общего тока, идущего от источника, выводится согласно первому закону Кирхгофа и имеет вид: I = I_я + I_в, где I_я - ток якоря, I_в – ток возбуждения, а I – ток, который двигатель потребляет от сети. Следует отметить, что при этом I_в не зависит от I_я, т.е. ток возбуждения не зависит от нагрузки. Величина тока в обмотке возбуждения меньше тока якоря и составляет примерно 2-5% от сетевого тока.

В целом, данные электродвигатели отличаются следующими весьма полезными тяговыми параметрами:

Высокая экономичность (поскольку ток якоря не проходит через обмотку возбуждения).
Устойчивость и непрерывность рабочего цикла при колебаниях нагрузки в широких пределах (т.к. величина момента сохраняется даже в случае изменения числа оборотов вала).

При недостаточном моменте пуск осуществляется посредством перехода на смешанный тип возбуждения.

Сферы применения двигателя

Поскольку частота вращения подобных двигателей остается почти постоянной даже при изменении нагрузки, а также может изменяться при помощи регулировочного реостата, они широко применяются в работе с:

вентиляторами;
насосами;
шахтными подъемниками;
подвесными электрическими дорогами;
станками (токарными, металлорежущими, ткацкими, печатными, листоправильными и пр.).

Таким образом, этот вид двигателей в основном используется с механизмами, требующими постоянства скорости вращения или ее широкой регулировки.

Регулирование частоты вращения

Регулирование скорости – это целенаправленное изменение скорости электродвигателя в принудительном порядке при помощи специальных устройств или приспособлений. Оно позволяет обеспечить оптимальный режим работы механизма, его рациональное использование, а также уменьшить расход энергии.

Существует три основных способа регулирования скорости двигателя:

Изменение магнитного потока главных полюсов. Осуществляется при помощи регулировочного реостата: при увеличении его сопротивления магнитный поток главных полюсов и ток возбуждения I_в уменьшаются. При этом увеличивается число оборотов якоря на холостом ходу, а также угол наклона механической характеристики. Жесткость механических характеристик сохраняется. Однако увеличение скорости может привести к механическим повреждениям агрегата и к ухудшению коммутации, поэтому не рекомендуется увеличивать частоту вращения этим методом более чем в два раза.
Изменение сопротивления цепи якоря. К якорю последовательно подключается регулировочный реостат. Скорость вращения якоря уменьшается при увеличении сопротивления реостата, а наклон механических характеристик увеличивается. Регулировка скорости вышеуказанным способом:

способствует уменьшению частоты вращения относительно естественной характеристики;
связана с большой величиной потерь в регулировочном реостате, следовательно, неэкономична.

Безреостатное изменение подаваемого на якорь напряжения. В этом случае необходимо наличие отдельного источника питания с регулируемым напряжением, например, генератора или управляемого вентиля.

Двигатель с независимым возбуждением

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения как раз и реализует третий принцип регулирования скорости. Его отличие в том, что обмотка возбуждения и магнитное поле главных полюсов подключаются к разным источникам. Ток возбуждения является неизменной характеристикой, а магнитное поле меняется. При этом изменяется число оборотов вала на холостом ходу, жесткость характеристики остается прежней.

Таким образом, принцип работы дпт с независимым возбуждением является достаточно сложным вследствие независимой работы двух источников, тем не менее, его главное преимущество – большая экономичность.

Тип системы пуска определяет используемая энергия и конструкция основного пускового устройства — стартера. Для пуска тракторных дизелей используют системы электростартерного пуска и пусковые бензиновые двигатели, пуск которых также может осуществляться электростартерами.

Система электростартерного пуска надежна в работе, обеспечивает дистанционное управление и возможность автоматизации процесса пуска двигателя с помощью электротехнических устройств.

Типовая схема системы электростартерного пуска с дистанционным управлением приведена на рис. 1.

Рис. 1. Типовая схема управления электростартером: 1 — аккумуляторная батарея; 2 — контактный болт; 3 — контактный подвижный диск; 4 — выключатель стартера; 5 — втягивающая обмотка тягового реле; 6 — удерживающая обмотка тягового реле; 7 — якорь тягового реле; 8 — шток; 9 — рычаг привода; 10 — поводковая муфта; 11 — муфта свободного хода; 12 — шестерня привода; 13 — зубчатый венец маховика; 14 — стартерный электродвигатель; 15 — якорь стартерного электродвигателя; 16 — последовательная обмотка возбуждения; 17- параллельная обмотка возбуждения

Стартерный электродвигатель 14 получает питание от аккумуляторной батареи 1 через замкнутые контакты тягового электромагнитного реле. Тяговое реле, дополнительное реле и реле блокировки обеспечивают дистанционное включение, автоматическое отключение стартера от аккумуляторной батареи после пуска двигателя и предотвращают включение стартера при работающем двигателе.

При замыкании контактов выключателя 4 стартера, дополнительного реле или реле блокировки втягивающая 5 и удерживающая 6 обмотки тяговою реле подключаются к аккумуляторной батарее 1. Якорь 7 тягового реле притягивается к сердечнику электромагнита и с помощью штока 8 и рычага 9 механизма привода вводит шестерню 12 в зацепление зубчатым венцом 13 маховика двигателя.

В конце хода якоря 7 контактный диск 3 замыкает силовые контактные болты 2 и стартерный электродвигатель 14, получая питание от аккумуляторной батареи, приводит во вращение коленчатый вал двигателя.

После пуска двигателя муфта свободного хода 11 предотвращает передачу вращающею момент от маховика к валу якоря электродвигателя. Шестерня привода из зацепления с венцом маховика не выходит до тех пор, пока замкнуты контакты выключателя 4. При размыкании контактов выключателя 4 втягивающая и удерживающая обмотки тягового реле подключается к аккумуляторной батарее последовательно через силовые контакты 2. Так как число витков у обеих обмоток одинаковое и по ним при последовательном соединении проходит один и тот же ток, обмотки при разомкнутых контактах выключателя 4 создают два равных, по противоположно направленных магнитных потока. Сердечник электромагнита размагничивается и возвратная пружина перемещает якорь 7 реле в исходное нерабочее положение и выводит шестерню из зацепления с венцом маховика. При этом размыкаются и силовые контакты. При непосредственном управлении стартер включается трактористом с помощью рычага.

Конструкция стартера. Основными узлами и деталями электростартера (рис. 2.) являются якорь 39 с обмоткой 43 и коллектором 2, механизм привода с муфтой свободного хода 27 и шестерней 31, тяговое электромагнитное реле 15, корпус 42 с полюсами 41 и ка¬тушками 40, щеточный узел с щеткодержателями 45, щетками 47 и щеточными пружинами 46.

Рис. 2. Электростартер: 1 — крышка со стороны коллектора; 2 — коллектор на пластмассе; 3 — защитный кожух; 4 — изоляционная втулка; 5 — вывод стартерного электродвигателя; 6 — соединительная пластина; 7 — контактный болт; 6 и 20 — возвратные пружины; 9 — крышка тягового реле; 10 — изоляционная шайба; 11 — контактный подвижный диск; 12 — изоляционная втулка; 13 — пружина; 14 — шток; 15 — тяговое реле; 16 — удерживающая обмотка; 17 — втягивающая обмотка; 18 — якорь реле; 19 — латунная втулка; 21 — упорная шайба; 22 — тяга; 23 — основание реле; 24 — рычаг привода; 25 — ось рычага; 26 — крышка со стороны привода; 27 — муфта свободного хода; 28 — обойма ведущая; 29 — обойма ведомая; 30 — ролик; 31 — шестерня привода; 32 — упорное кольцо; 33 — вкладыш подшипника; 54 — направляющая шлицевая втулка ведущей обоймы; 35 — буферная пружина; 36 — поводковая муфта; 37 — запорное кольцо; 38 — промежуточная опора; 39 — якорь; 40 — катушка возбуждения; 41 — полюс; 42 — корпус; 43 — обмотка якоря; 44 — бандаж; 45 — щеткодержатель; 46 — пружина щеткодержателя: 47 щетка; 48 — вал якоря

Якорь стартерного электродвигателя представляет собой пакет стальных пластин (шихтованный сердечник) с пазами для размещения обмотки. Применение шихтованного сердечника позволяет уменьшить потери на вихревые токи. Пакет якоря напрессован на участок вала с продольной накаткой. Вал вращается в двух или трех бронзографитовых подшипниках или подшипниках из порошкового материала. Подшипники скольжения размещены в крышках со стороны привода, коллектора и в промежуточной опоре.

В стартерных электродвигателях применяют простые волновые обмотки, которые выполняют в виде одно- и двухвитковых секций. Секция представляет собой часть обмотки, расположенную между следующими друг за другом по ходу обмотки коллекторными пластинами (ламелями). Концы одной секции и начало следующей присоединяются к одной коллекторной пластине.

Концы секций укладывают в прорези петушков коллекторных пластин и для лучшего крепления чеканят и пропаивают. Число коллекторных пластин равно числу пазов. В четырех полюсных электрических машинах с волновой обмоткой якоря число пазов должно быть нечетным и в тракторных стартерах находится в пределах от 19 до 29.

Одновитковые секции волновых обмоток выполняют из прямоугольного неизолированного медного провода. Для изоляции проводников в полузакрытых прямоугольных пазах друг от друга и от пакета якоря применяют электроизоляционный картон. Преимуществом прямоугольного паза является высокий коэффициент заполнения его прямоугольным проводом. Однако зубцы пакета якоря при такой форме паза имеют сложную конфигурацию и неравномерное распределение магнитной индукции по высоте. В полузакрытые пазы секции закладывают с торца пакета якоря.

Двухвитковые секции имеют стартеры малой мощности, устанавливаемые на пусковых бензиновых двигателях. Обмотки с двухвитковыми секциями наматывают круглым изолированным проводом.

На лобовые части обмотки якоря накладывают бандажи. Бандаж состоит из картонной прокладки, на которую намотана проволока или хлопчатобумажный шнур. Витки бандажа скрепляют пайкой или скобами, укладываемыми на прокладку перед намоткой проволоки или шнура. Лобовые части секции одна от другой изолируют пластмассовыми трубками или электроизоляционным картоном.

На тракторных стартерах применяют коллекторы: цилиндрические сборные, цилиндрические с пластмассовым корпусом и торцовые на пластмассе.

Сборный цилиндрический коллектор набирают из отдельных медных пластин (ламелей) и изолирующих прокладок и закрепляют металлическими и миканитовыми конусными кольцами по боковым опорным поверхностям при помощи гайки. От стальной втулки медные пластины изолирует миканитовая цилиндрическая втулка.

Цилиндрические коллекторы с пластмассовым корпусом также набирают в виде пакета медных пластин и в специальной форме запрессовывают в пластмассу. Пластмассовый корпус плотно охватывает сопряженные поверхности пакета коллекторных пластин, обеспечивая высокую прочность конструкции.

Рабочая поверхность торцового коллектора находится в плоскости, перпендикулярной оси вращения якоря. При использовании торцового коллектора уменьшается расход меди и осевая длина стартера.

Коллекторы так же, как и пакеты якорей напрессовываются на участок вала с продольной накаткой или насечкой.

Корпуса электростартеров изготовляют из трубы или стальной полосы, которую сворачивают в трубу с последующей сваркой в месте стыка. Корпус является частью магнитной системы электродвигателя. К корпусу одним или двумя винтами крепят четыре полюса. Накаждом полюсе располагают одну (параллельную или последовательную) катушку возбуждения.

Стартеры смешанного возбуждения имеют по три катушки в последовательной обмотке и по одной — в параллельной обмотке (рис. 3. а-в). Катушки последовательной обмотки соединены между со¬бой последовательно. В более мощных стартерах (рис. 3. г и д) с последовательным возбуждением катушки соединены попарно — параллельно.

Рис. 3. Схемы внутренних соединений в тракторных стартерах: а, б и в — смешанного возбуждения; г и д — последовательного возбуждения

Катушки последовательной обмотки возбуждения имеют несколько витков. Витки катушки разделены электроизоляционным картоном толщиной 0,2…0,4 мм. Для намотки катушек параллельной обмотки возбуждения в стартерах смешанного возбуждения используют круглый изолированный провод с эмалевой изоляцией. Внешняя изоляция может быть выполнена из хлопчатобумажной ленты с последующей пропиткой лаком или из полимерных материалов.

Корпус стартера служит несущей конструкцией для крышек, воспринимает крутящий момент и передает его элементам крепления стартера на двигателе. Крепление крышек к корпусу стартера осуществляется с помощью стяжных болтов. Для ввинчивания стяжных болтов в крышке со стороны привода предусмотрены приливы.
Алюминиевые или чугунные крышки со стороны привода имеют установочные фланцы с двумя или тремя отверстиями под болты крепления стартера на двигателе. В полости крышки располагают механизм привода с муфтой свободного хода. Отверстие в крышке позволяет шестерне привода входить в зацепление с венцом маховика.

В стартерах большой мощности крышка со стороны привода не имеет крепежного фланца и крепится к промежуточной опоре. Стартер закрепляют на специальном приливе двигателя с углублением под наружный диаметр.

Промежуточную опору обычно устанавливают в стартерах с диаметром корпуса 112 мм и более, что позволяет уменьшить прогиб вала и степень изнашивания подшипников.

В стартерах с цилиндрическими коллекторами на крышках со стороны коллектора закреплены четыре коробчатых щеткодержателя радиального типа с щетками и спиральными пружинами. В щеткодержателях щетки должны перемещаться свободно, но без значительных боковых колебаний. Щетки торцовых коллекторов размещают в пластмассовых или металлических траверсах и прижимают к рабочей поверхности коллектора витыми цилиндрическими пружинами.

В тракторных стартерах применяют меднографитовые щетки марок МГС01 (трапецеидальные) и МГСОЛ при номинальном напряжении 12 В.

Волновая обмотка якоря имеет две параллельных ветви независимо от числа полюсов и позволяет иметь только две щетки. Для уменьшения плотности тока в щетке в стартерах устанавливают число щеток, равное числу полюсов. С этой же целью в мощных стартерах устанавливают в каждом щеткодержателе по две щетки (всего восемь щеток).

Приводные механизмы имеют роликовые (3-5 роликов) бесплунжерные или храповые муфты свободного хода. Они обеспечивают ввод и удержание шестерни стартера в зацеплении с венцом маховика во время пуска двигателя, передачу необходимого вращающего момента коленчатому валу и предохранение якоря стартерного электродвигателя от разноса вращающимся маховиком работающего двигателя.

При передаче крутящего момента от стартера к двигателю ведущая обойма 12 (рис. 4.) роликовой муфты поворачивается относительно неподвижной ведомой обоймы 77 с шестерней, ролики 1 под действием прижимных пружин 3 и сил трения между обоймами и роликами перемещаются в узкую часть клиновидного пространства и муфта заклинивается. Надежный контакт роликов с рабочими поверхностями обойм в бесплунжерных муфтах свободного хода обеспечивается подпружиненными индивидуальными Г-образными толкателями 2.

Силовые контакты тягового реле замыкаются раньше, чем шестерня полностью войдет в зацепление с венцом маховика. Дальнейшее перемещение шестерни до упорного кольца на валу происходит под действием осевого усилия в винтовых шлицах вала якоря и направляющей втулки ведущей обоймы муфты свободного хода.

Рис. 4. Бесплунжерная четырехроликовая муфта свободного хода и детали приводного механизма: 1 — ролик; 2 — толкатель Г-образный; 3 — прижимная пружина; 4 и 7 — замковые кольца; 5 и 10 — опорные чашки; 6 пружина; 8 — поводковая муфта; 9 — буферная пружина; 11 — центрирующее кольцо; 12 — ведущая наружная обойма со шлицевой втулкой; 13 — держатель пружин; 14 — специальная шайба; 15 — войлочный уплотнитель; 16 — кожух муфты; 17 — ведомая обойма с шестерней; 18 — втулки

В случае, если зубья шестерни упираются в венец маховика, якорь тягового реле продолжает движение, сжимая буферную пружину, и замыкает силовые контакты. Якорь стартера вместе с приводом начинает вращаться и, как только зуб шестерни установится против впадины зубчатого венца маховика, шестерня под действием сжатой буферной пружины и осевого усилия в шлицах входит в зацепление с венцом маховика.

После пуска двигателя частота вращения ведомой обоймы с шестерней привода превышает частоту вращения ведущей обоймы. Ролики перемещаются в широкую часть клиновидного пространства между обоймами и муфта расклинивается.

Храповая муфта свободного хода (рис. 5.) обеспечивает более полное разъединение стартера и двигателя при меньших нагрузках на силовые элементы привода.

Рис. 5. Приводной механизм с храповой муфтой свободного хода: 1 — вкладыш; 2 — шестерня; 3 — сегмент (сухарик); 4 — направляющий штифт; 5 и 15 — замковые кольца; 6 — ведомый храповик; 7 — коническая втулка; 8 — ведущий храповик; 9 и 13 — шайбы; 10 — пружина; 11 — корпус; 12 — шлицевая направляющая втулка; 14 — буферное резиновое кольцо; 15 — замковое кольцо

При включении стартера рычаг привода через корпус 11 перемещает шлицевую направляющую втулку 12 вместе с ведущим 8 и ведомым 6 храповиками по шлицам вала и вводит шестерню в зацепление с венцом маховика. Во время работы стартера крутящий момент к венцу маховика передается через шлицевую втулку 12, ведущий 8 и ведомый 6 храповики и шестерню 2. Осевое усилие, возникающее в винтовых шлицах направляющей втулки 12 и ведущего храповика 8, воспринимается буферным резиновым кольцом 14.

Перемещение ведущего храповика 8 по винтовым птицам за счет сжатия пружины 10 обеспечивает поворот ведомого храповика 6 с шестерней на 15…30° и ввод шестерни в зацепление с венцом маховика двигателя.
Если частота вращения шестерни, ведомого и ведущего храповиков превышает частоту вращения направляющей втулки 12, ведущий храповик 8 за счет усилия в винтовых шлицах отходит от ведомого храповика 6 и шестерня вращается вхолостую. Одновременно пластмассовые сегменты 3 под действием центробежных сил перемещаются по направляющим штифтам 4 в радиальном направлении и удерживают храповой механизм в разомкнутом состоянии до тех пор, пока осевое усилие в клиновом соединении конических поверхностей сегментов и втулки 7, создаваемое центробежными силами, будет превышать усилие пружины 10.

Во время отдельных циклов сгорания топлива в цилиндрах двигателя шестерня остается в зацеплении с венцом маховика и может снова передавать крутящий момент от электродвигателя после выравнивая частот вращения ведущего и ведомого храповиков. Шестерня 2 выходит из зацепления только после выключения тягового реле стартера.

В стартерах с дополнительным встроенным редуктором (рис. 6) последний размещают между приводом и валом электродвигателя. Редуктор состоит из пластмассовой эпициклической шестерни, закрепленной в корпусе редуктора 9, в котором на подшипнике вращается водило 10 с шестерня мисателлитам и 11. Через шестерни-сателлиты и солнечную шестерню якоря электродвигателя момент от стартера передастся валу привода, а через него на маховик двигателя.

Электромагнитные тяговые реле крепятся на корпусе или приводной крышке непосредственно или с использованием дополнительных крепежных элементов. В двухобмоточных реле втягивающая обмотка вместе с удерживающей обмоткой обеспечивает необходимую притягивающую силу, когда зазор между якорем и сердечником реле максимальный. Втягивающая обмотка подключена параллельно силовым контактам. При замыкании контактных болтов подвижным диском втягивающая обмотка замыкается накоротко и выключается из работы. Удерживающая обмотка, рассчитанная лишь на удержание контактов реле в замкнутом состоянии, намотана проводом меньшего сечения и имеет непосредственный вывод на массу. Обмотки расположены на латунной втулке, в которой свободно перемещается якорь реле.

При разделенной контактной системе тягового реле стартера (см. рис. 2) шток 14, на котором установлен контактный диск 11, не соединен с якорем 18 реле. В контактной системе установлена пружина 13 прижатия подвижного диска 11 к контактам и возвратная пружина 8. Якорь реле перемещается в исходное нерабочее положение при отключении стартера возвратной пружиной 20 привода. С приводным механизмом тяговое реле связано рычагом 24. Два пальца нижней разветвленной части рычага соединены с поводковой муфтой 36.

Рис. 6. Электростартер с дополнительным встроенным редуктором: 1 — крышка со стороны коллектора; 2 — коллектор; 3 — щеткодержатель; 4 — корпус стартера; 5 — тяговое реле; 6 — рычаг включения привода; 7 — муфта свободного хода; 8 — крышка со стороны привода; 9 — корпус редуктора с эпициклической шестерней; 10 — водило; 11 — шестерни-сателлиты.
[Тракторы. Конструкция. Под общ. ред. И. П. Ксеневича, В. М. Шарипова.2001г.]

К валу двигателя подключена нагрузка (то, что он должен крутить)
Если проверить как будет меняться момент двигателя по мере разгона нагрузки, то оказывается, что сначала, он самый большой, постепенно снижается.

Механическая характеристика электродвигателя с последовательным возбуждением.

Из характеристики видно, что пока двигатель не тронулся с места (обороты раны нулю) крутящий момент максимальный.

Это самое подходящее свойство для пуска тяжелых нагрузок. Момент должен быть максимальным именно тогда, когда нагрузка еще не сдвинулась с места. Дальше, по мере разгона, момент сопротивления снижается, поэтому момент электродвигателя способен поддерживать вращение нагрузки. Такие свойства подходят для многих случаев, когда надо сдвинуть с места, например, электропоезд, подъемный механизм и т. д.

Начало вращения двигателя внутреннего сгорания тоже тяжелый процесс. Детали двигателя имеют внушительную массу, а кроме того, двигатель сразу же начинает сжимать воздух в части цилиндров, поэтому провернуть его очень непросто.
Таким образом, для стартера нужно использовать двигатель с последовательным возбуждением. У него самый большой крутящий момент, пока он еще не тронулся с места.

Схема электродвигателя стартера с последовательным возбуждением

Обмотки возбуждения расположены вокруг якоря с минимальным зазором, чтобы создать сильное магнитное поле. Ток возбуждения и ток якоря это один и тот же ток, он сначала проходит через одну обмотку возбуждения, потом через вторую, потом через плюсовые щетки, связанные перемычкой, проходит чрез якорь на минусовые щетки.

Другой вариант, тоже последовательное возбуждение, только ток возбуждения разветвляется на две ветви.

Еще одна схема на которой показана полярность намагничивания

Двигатель с последовательным возбуждением имеет опасный недостаток

Если его раскрутить и отпустить (снять нагрузку) он начнет легко раскручиваться дальше, обороты вырастут настолько, что проводники центробежной силой выдернет из ротора, это печальный конец, стартер заклинит и его надо будет сдать в металлолом.

Коротко можно записать так: электродвигатель с последовательным возбуждением склонен к разносу.

Электродвигатель с смешанным возбуждением

Двигатель с параллельным возбуждением значительно хуже справится с началом вращения, но зато, он не боится разноса.
Компромиссное решение состоит в том, что для стартерного электродвигателя применяют смешанную схему возбуждения – основная обмотка последовательная и вспомогательная параллельная. Параллельная обмотка тоже помогает крутить электродвигатель, он она еще и не дает стартеру уйти в разнос.

В этой схеме ток от аккумулятора разветвляется, часть тока идет через левую обмотку возбуждения и последовательно идет через щетки в якорь. Другая часть тока идет через правую, параллельную обмотку возбуждения, сразу на минус.

Большая часть поздних схем стартеров с электромагнитным возбуждением сделаны именно по такой схеме.

Зачем на грузовых стартерах два втягивающих ? См. в конце статьи

Схема подключения стартера очень простая. В замке зажигания есть группа контактов, которая замыкается при повороте ключа на запуск. Через эти контакты идет ток втягивающего реле. Для разгрузки этих контактов может стоять дополнительное реле, которое называется реле стартера.. .

Самый простой вариант. Ток втягивающего реле идет через контакты замка зажигания.

Ток втягивающего реле в первый момент, пока не замкнулись силовые контакты достигает 50 Ампер. Такой ток ток создает очень сильное намагничивание и сердечник ударно втягивается.

Во втягивающем реле две обмотки — втягивающая и удерживающая. Две обмотки нужны для того, чтобы можно было одну обмотку отключить, для экономии тока. Сначала, они срабатывают вместе — сдвигают сердечник, он вводит в зацепление бендикс и замыкает силовые контакты. После замыкания контактов, сердечник еще какое-то время должен быть во втянутом состоянии. Удержание сердечника не требует большой сиды, поэтому втягивающая обмотка сразу отключается, и ток потребляет только удерживающая.

Втягивающая обмотка потребляет 40 Ампер, а удерживающая 10 Ампер, вместе они потребляют 50 Ампер. Это очень большой ток. Если его уменьшить, например намотать обмотки более тонким проводом, то силы магнитного поля не хватит, чтобы ударно втянуть сердечник.

Провода от замка зажигания ко втягивающему реле должны быть довольно толстыми, а контакты замка, которые включают стартер, должны быть достаточно надежными, но, все равно они часто подгорают и стартер плохо включается.

Как разгрузить контакты и сделать управляющие провода тоньше?

Традиционное решение — надо применить промежуточное реле.

Электромагнитное реле — это такое устройство, которое подключает большой ток, с помощью маленького управляющего. тока.

Это замечательное устройство очень широко применяется в электротехнике, в том числе в автомобильном электрооборудовании. Все мощные устройства автомобиля — печки, вентиляторы, освещение, и т. п. включатся не напрямую, а через реле. Такое решение позволяет укоротить сильноточные цепи, сделать систему более надежной и сэкономить на толщине проводов.

Внутри реле есть силовые контакты, через которые проходит большой ток, Они подключены к выводам 30 — 87 и есть электромагнит, обмотка которого подключена в выводам 86 — 85 . Точка 85 обычно подключается к массе, Если на точку 86 подать плюс от контактов замка зажигания, то пойдет ток, сердечник электромагнита намагнитится и замкнет силовые контакты. Управляющий ток, который идет через обмотку реле, обычно от 100 мА до 1А., в зависимости от мощности реле, а ток, который замыкает реле, составляет десятки ампер.

Применение реле стартера

При замыкании контактов замка зажигания, ток идет от точки 86 через обмотку реле на массу, силовые контакты реле замыкаются и появляется ток от точки 30 к точке 87 — это ток втягивающего реле. После запуска двигателя. ключ возвращается и контакты замка размыкаются.- реле отключается, стартер выключается.

Где находится реле стартера?

В современных автомобилях реле стартера, как большинство других реле, установлено в блоке предохранителей или отдельном блоке реле, надо смотреть описание машины.

Как найти реле стартера? Если нет схемы и описания.

Маленькие автомобильные реле не ремонтопригодны, их надо просто менять.

Зачем на грузовых стартерах два втягивающих ?

На этой картинке хорошо видно дополнительное реле, которое стоит сверху. Это конечно не втягивающее реле, у него нет задачи втягивания бендикса, оно просто выполняет функцию дополнительного реле, разгружая управляющие цепи основного втягивающего реле, которое в таких мощных стартерах потребляет ток 80 — 100 ампер.

2 Схемы

Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов

Схема подключения стартера ВАЗ

На автомобилях ВАЗ применяются стартеры, представляющие собой электродвигатель постоянного тока с электромагнитным двухобмоточным тяговым реле и роликовой муфтой свободного хода (обгонной муфтой). Стартеры служат для обеспечения минимальной частоты вращения коленчатого вала, необходимой для запуска двигателя. Питание стартера в режиме пуска осуществляется от аккумуляторной батареи.

Реле стартера имеет подключение к цепному питанию, тем самым замыкая и размыкая цепь, в зависимости от того, с какой скоростью вращается коленвал. На всех автомобилях устройство стартеров одинаковое, отличия лишь незначительные конструктивные. Если вы разбираетесь, как работает стартер в одном автомобиле, то без затруднений разберетесь и в другом.

Чтобы поломка стартера не застала врасплох, рассмотрим, как заменить его самостоятельно. Но прежде почитайте теорию и изучите все варианты схем подключения стартера на разные модели авто ВАЗ, собранные редакцией 2 Схемы.ру по знакомым автоэлектрикам.

Схема соединений стартера ВАЗ 2101

стартер;
удерживающая обмотка тягового реле;
выключатель зажигания;
генератор VAZ 2101;
блок предохранителей;
втягивающая обмотка тягового реле;
аккумуляторная батарея.

При обычных нагрузках ток вырабатываемый стартером составляет 150 А. Когда возникают большие нагрузки, например, зимой, возникающий ток может достигнуть 500 А. Это серьезное испытание для этого электроагрегата, поэтому не рекомендуется держать ключ на запуске дольше 10 секунд, а повторные попытки запуска надо делать с перерывом не менее минуты.

Схема соединений стартера на 2105

генератор;
аккумуляторная батарея;
шунтовая катушка обмотки статора;
стартер VAZ 2105;
сериесная катушка обмотки статора;
удерживающая обмотка тягового реле;
втягивающая обмотка тягового реле;
реле включения стартера;
монтажный блок;
выключатель зажигания.

Схема подключения стартера ВАЗ 2106

стартер;
генератор;
аккумуляторная батарея;
втягивающая обмотка тягового реле;
выключатель зажигания;
удерживающая обмотка тягового реле

1 – крышка со стороны привода;	14 – крышка реле;
2 – стопорное кольцо;	15 – контактные болты;
3 – ограничительное кольцо;	16 – коллектор;
4 – шестерня привода;	17 – щетка;
5 – обгонная муфта;	18 – втулка вала якоря;
6 – поводковое кольцо;	19 – крышка со стороны коллектора;
7 – резиновая заглушка;	20 – кожух;
8 – рычаг привода;	21 – шунтовая катушка обмотки статора;
9 – якорь реле 2106;	22 – корпус;
10 – удерживающая обмотка тягового реле;	23 – винт крепления полюса статора;
11 – втягивающая обмотка тягового реле;	24 – якорь;
12 – стяжной болт реле;	25 – обмотка якоря;
13 – контактная пластина;	26 – промежуточное кольцо.

Схема стартера ВАЗ 2108, 2109, 21099

В электрической цепи стартера применяется реле включения 111.3747-10.

Винт крепления защитного колпака.
Защитный колпак.
Стопорное полукольцо.
Гайка крепления задней крышки.
Задняя крышка.
Пружины щеток.
Направляющие щеток (наружная часть).
Щетки.
Статор.
Якорь.
Рычаг привода.
Привод.
Ограничительное кольцо.
Стопорное кольцо.
Ось рычага привода.
Винты крепления тягового реле.
Передняя крышка.
Пластмассовое уплотнительное кольцо крышки.
Стяжные шпильки.
Резиновая заглушка.
Сердечник тягового реле.
Возвратная пружина.
Уплотнительное кольцо тягового реле.
Тяговое реле.
Уплотнительная шайба.
Регулировочные шайбы.

Схема стартера для ВАЗ 2110, 2111, 2112

На автомобили ВАЗ-2110 устанавливались стартеры типа 57.3708 и имели следующие технические характеристики:

Номинальная мощность 1,55 кВт
Потребляемый ток при максимальной мощности не более 375 Ампер
Потребляемый ток в заторможенном состоянии не более 700 Ампер
Потребляемый ток в режиме холостого хода не более 80 Ампер

Схема подключения стартера на десятку приведена выше, вот ее расшифровка:

АКБ
генератор
сам стартер
замок зажигания

Схема подключения стартера 2113, 2114, 2115

Втягивающее реле стартера

Реле пускового устройства называют втягивающим. Это связано с принципом его работы — оно выполняет функцию подключения пускового устройства к электрической цепи и соединения его якоря с коленчатым валом. Происходит это так: когда ток не подается на обмотки устройства, его якорь под действием возвратной пружины пребывает в выдвинутом вперед положении. Эта же пружина через специальную вилку удерживает шестерню бендикса, не давая ей входить в зацепление с венцом маховика коленвала.

Поворачивая ключ в замке зажигания, мы подаем ток на обмотку устройства. Под воздействием электромагнитного поля якорь подается назад (втягивается в корпус), замыкая контакты питания стартера. Сдвигается и шестерня бендикса, входя в зацепление с маховиком. В этот же момент втягивающая обмотка отключается, и в дело вступает удерживающая. Усилие от вала стартера передается через шестерню на маховик, заставляя коленчатый вал вращаться до того момента, пока мы не перестанем удерживать ключ в замке зажигания в положении запуска.

Какие функции выполняет втягивающее реле:

Когда мотор запускается, напряжение от генератора идет на обмотку реле. Затем начинают работать шестерни приводной системы, за счет чего возникает магнитное поле. Маховик двигательной системы работает. Шестерня начинает свою работу благодаря обмотке удерживания, в то время когда болты замкнутся. Когда ключ возвращается в замок зажигания, то происходит обесточивание обмотки, таким образом, шестерня и маховик разъединяются. Эта схема касается современных автомобилей, включая и модели ВАЗ.

Если стартер работает с громким шумом, то это могло прослабиться крепление полюса или стартера. В первой ситуации усильте крепление, для этого затяните винт, а во второй – закрепите стартер. Если вы разобрали стартер и увидели, что муфта начинает пробуксовывать, то единственное, что нужно будет сделать, – это заменить привод стартера.

Подключение проводов к стартеру

Рабочими называют совокупность характеристик стартерных электродвигателей, определяющих их функциональные возможности, включая возможность и целесообразность применения их для систем пуска конкретных автотракторных двигателей. К числу таких характеристик относят зависимости напряжения, мощности, частоты вращения, момента и КПД электродвигателей от тока якоря и зависимость частоты вращения от момента сопротивления на валу электродвигателя.

Характер взаимосвязи между перечисленными электромеханическими параметрами электродвигателей и их численные значения зависят от способа создания в электродвигателях поля возбуждения (введёнными в цепь якоря последовательными обмотками возбуждения, параллельными обмотками возбуждении, совместным действием обеих этих обмоток, постоянными магнитами) и от всех тех факторов, которые определяют потери в электрических машинах (в меди, стали, механические и другие). Не менее значительное влияние на рабочие характеристики стартерных электродвигателей, во многом определяющее их отличие от рабочих характеристик электродвигателей постояниого тока общепромышленного и бытового применения, а также от электродвигателей, используемых в системах электрооборудования энергоёмких автономных объектов (самолётов, вертолётов и др.), оказывает совместная работа их с источником ограниченной мощности.

Ввиду сложного характера взаимосвязей между электромагнитными параметрами электродвигателей в условиях нелинейной магнитной цепи и трудностями определения в зависимости от этих параметров потерь в стали представить рабочие характеристики в наглядном, удобном для анализа и расчётов виде не представляется возможным. Можно получить лишь приближённые выражения для них в условиях линейной магнитной цепи и при отсутствии потерь в стали и механических потерь. При этих допущениях механические характеристики электродвигателя, полученные расчётным путём, отражают зависимости от частоты вращения электромагнитного момента и электромагнитной мощности, а не момента и мощности на валу двигателя. Для получения зависимости от частоты вращения момента и мощности на валу двигателя при наличии всех других рабочих характеристик необходимо в дополнение к ним иметь зависимость КПД от тока якоря.

На рис. 2.17 показано семейство рабочих характеристик электродвигателя стартера 35.3708, используемого в системах пуска двигателей автомобилей ВАЗ. Все приведённые па этом рисунке характеристики существенным образом зависят от ёмкости и степени заряжен- ности аккумуляторной батареи и от температуры электролита. С уменьшением ёмкости АБ, степени её заряженности и температуры электролита возрастает внутреннее сопротивление батареи, вследствие чего увеличивается статизм вольт-амперной (внешней) характеристики АБ и, как следствие, этого сужается диапазон определения рабочих характеристик по току и уменьшаются их ординаты при тех же значениях тока якоря.

Для стартерных электродвигателей характерна работа в широком диапазоне температур окружающей среды, поэтому при оценке их эксплуатационных качеств принимаются во внимание рабочие характеристики, полученные при двух нормированных по температуре, степени разряженное™ (заряженности) аккумуляторной батареи и количеству отведённых на пуск двигателя попыток условиях — номинальных и пусковых. Номинальные условия характеризуются полностью заряженной АБ, температурой 25 °С и выходом двигателя на самостоятельный режим работы при первой попытке пуска, а пусковые условия характеризуются состоянием АБ с начальной степенью

Рис. 2.17. Рабочие характеристики стартера 35.3708

разряженности 25 % на третьей попытке пуска и температурой 15 °С. При снятии рабочих характеристик при поминальных условиях зажимы стартерного электродвигателя подключаются непосредственно к клеммам АБ, а при снятии пусковых характеристик учитывается падение напряжения в стартерной цепи.

Энергетические возможности стартерных электродвигателей оцениваются по значениям их номинальных и пусковых мощностей. При этом за номинальную принимается наибольшая полезная мощность, кратковременно развиваемая стартерным электродвигателем при номинальных условиях, а за пусковую мощность — максимальную мощность, развиваемую им при пусковых условиях.

Пусковая мощность Р_п стартерных электродвигателей значительно меньше их номинальной мощности Р_и . Применительно к электродвигателю стартера 35.3708 (см. рис. 2.17) пусковая мощность меньше номинальной в 1,6 раза. Столь же значительно при изменении условий с номинальных на пусковые уменьшается пусковой момент этого стартера (в 1,7 раза) и частота вращения его вала, соответствующая максимальной мощности (в два раза). Примерно в таком же соотношении находятся электромеханические параметры электродвигателей других стартеров.

Напряжение на зажимах стартерных электродвигателей при определении номинальной мощности рассчитывается по формуле [1]

где 1_ан —номинальное значение тока якоря; /?_Б|1 —нормированное значение омического сопротивления аккумуляторной батареи при работе электростартера в режиме максимально развиваемой им мощности:

С₂₀ — ёмкость 20-часового разряда аккумуляторной батареи при испытании её на ёмкость; а_Б — коэффициент, значения которого зависят от типа аккумуляторной батареи и её ёмкости. Для батарей с С₂₀ 100 А ч его значение равно 0,057. Для отечественных аккумуляторных батарей 6СТ-55ЭМ и 6СТ190 ТР рекомендуемые значения этого коэффициента равны соответственно 0,038 и 0,046 [5].

Разряд батарей при испытании па ёмкость 20-часового разряда проводят непрерывно током /₂₀ = 0,05 С₂о А до конечного разрядного напряжения на зажимах 5,25 В — у 6-вольтовых и 10,25 В — у 12-вольтовых батарей. Температура электролита при разряде поддерживается на уровне 18—27 °С.

Проектирование стартерных электродвигателей осуществляяется с ориентацией на параметры пускового режима, соответствующие предельно низкой температуре для предполагаемого климатического района эксплуатации автомобиля, которая может отличаться от -15 °С.

Стартерные электродвигатели связаны с двигателями автомобилей исключительно механическими связями, поэтому динамика разгона автомобильных двигателей электростартером и параметры установившегося режима при их совместной работе (без отключения стартера при частоте вращения коленчатого вала, равной /7_т1п ) определяются взаимным расположением их механических характеристик. При этом механическая характеристика электродвигателя стартера во всём диапазоне рабочих частот его вращения должна располагаться над механической характеристикой двигателя. Чем больше расстояние между этими характеристиками по оси моментов, тем меньше время пуска двигателя.

Определяющее влияние на характер взаимосвязи между моментом, развиваемым стартерным электродвигателем и частотой его вращения, оказывает способ создания в нём поля возбуждения. Это утверждение легко обосновать, сопоставив пусковые моменты и частоты вращения холостого хода электродвигателей последовательного и параллельного возбуждения, спроектированных на одни и те же исходные данные (одинаковые значения мощности, номинального напряжения, мощности, частоты вращения и др.) и одинаковые значения электромагнитных нагрузок и параметров, характеризующих геометрию полюсной системы. При принятых условиях проектирования размеры пакета якоря, длина воздушного зазора и МДС обмоток возбуждения, обеспечивающих реализацию выбранных значений электромагнитных нагрузок в обоих двигателях, получаются одинаковыми.

МДС последовательной (сериесной) обмотки А_сшс = /_аи>_овс изменяется в функции момента сопротивления на валу электродвигателя М_сср так же, как изменяется в функции него ток в обмотке якоря. Начиная с режима холостого хода вплоть до режима полного торможения, Г_овс увеличивается прямо пропорционально току. Что же касается развиваемого электродвигателем момента, то характер его изменения в функции тока зависит от степени влияния последнего на состояние магнитной цепи электродвигателя. Электромагнитные нагрузки при проектировании электродвигателей независимо от области их применения выбираются с таким расчётом, чтобы их магнито- провод в расчётном режиме был умеренно насыщен. В связи с этим при относительно небольших нагрузках, преодолеваемых электродвигателем, магнитное состояние его магнитопровода определяется линейной частью кривых намагничивания сталей, из которых он изготовлен. По этой причине магнитный поток в воздушном зазоре электродвигателя Ф_й изменяется прямо пропорционально МДС сериесной

обмотки, а электромагнитный момент М. прямо пропорциональный произведению этого потока на ток якоря 1_а изменяется пропорционально квадрату тока (по параболе).

В выражении (2.9) Р= Е_а1_а — электромагнитная мощность; Е_а — ЭДС якоря:

где N_а — число проводников в обмотке якоря;

В условиях ненасыщенной магнитной цепи электродвигателя последовательного возбуждения значения коэффициента К._ф можно определить из выражения К_ф = Ф§//₍, после следующих его преобразований

где >г_овс1, Е_ов с| — соответственно число витков в одной катушке сериесной обмотки и её МДС; Л₅ — магнитная проводимость воздушного зазора:

где а, — расчётный коэффициент полюсного перекрытия; т — полюсное деление; /, — длина пакета якоря; 5 — длина воздушного зазора.

По мере возрастания нагрузки сверх номинальной сталь магнито- провода электродвигателя переходит в сильно насыщенное состояние (прежде всего зубцы якоря). Магнитный поток в воздушном зазоре при возрастании тока поэтому практически не изменяется, и кривая электромагнитного момента в области токов, прилегающей к пусковому режиму, является фактически прямой линией.

Момент на валу электродвигателя М меньше электромагнитного момента М_э на величину моментов сопротивления, обусловленных силами трения в подшипниках и щёточно-коллекторном узле, и момента, компенсирующего потери мощности на гистерезис и вихревые токи в стали магнитопровода. Затраты мощности на преодоление перечисленных моментов в практике проектирования стартерных электродвигателей учитывается ведением в число расчётных параметров так называемого электромагнитного КПД, равного отношению мощности на валу электродвигателя к электромагнитной его мощности. По усреднённой оценке значения этого коэффициента для стартерных электродвигателей в расчётном режиме лежат в пределах 0,85—0,96. Значения момента на валу электродвигателя поэтому М = (0,85 ч- 0,96) М _э.

В электродвигателях параллельного возбуждения МДС обмотки возбуждения ^_{ов ш} зависит от тока якоря не непосредственно, а через изменение напряжения на зажимах электродвигателя (/_ст (рис. 2.18):

Я_ов ш — сопротивление шунтовой обмотки.

При линейном изменении напряжения на клеммах АБ от тока

где /?_Б — внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи; Я_мр — сопротивление стартерного провода и массы.

Рис. 2.18. Электрическая схема стартерной цени

Таким образом, МДС обмотки возбуждения в электродвигателях параллельного возбуждения при увеличении нагрузки, начиная с режима холостого хода вплоть до режима полного торможения, уменьшается. Вследствие этого магнитный поток в воздушном зазоре этих двигателей в начальный момент пуска заметно меньше магнитного потока в воздушном зазоре электродвигателей последовательного возбуждения. Меньше и пусковой момент двигателей параллельного возбуждения, так как пусковые токи в них при принятом подходе к проектированию незначительно отличаются от пусковых токов в двигателях последовательного возбуждения.

Вторая характерная точка механической характеристики электродвигателя параллельного возбуждения, соответствующая их работе при отсутствии на их валу момента сопротивления ( М_{с ср} = 0) располагается на оси частот вращения ниже точки пересечения с этой осью механической характеристики двигателя последовательного возбуждения. В идеальном случае (при отсутствии потерь в стали и на трение в опорах)

Магнитный поток в воздушном зазоре двигателя параллельного возбуждения Ф_6ош при холостом ходе больше магнитного потока в

воздушном зазоре, спроектированного на те же условия двигателя последовательного возбуждения Ф5_0с , поэтому/7_0Ш _б (/_б) совпадает с точкой максимальной мощности.

Характер изменения основных электромеханических параметров от тока якоря, включая характер изменения от него электромагнитной мощности Р_э и электромагнитного момента М_э , механических по-

Рис. 2.23. Зависимость паления напряжения под щётками ДС',_Ц от плотности тока/_щ

терь и потерь в стали и магнитного потока в воздушном зазоре Ф₅ можно оценить, проанализировав ход кривых, приведённых на рис. 2.20. При ознакомлении с указанными кривыми следует иметь в виду, что построены они при условии постоянства падения напряжения под щётками Д(/_щ во всём диапазоне изменения тока якоря. В реальных условиях Д(/_щ при изменении режима работы электродвигателя изменяется (рис. 2.23), что, естественно, оказывает влияние на рабочие характеристики. Особенно заметно оно проявляется в области токов, соответствующих восходящей ветви кривой Р(/_а).

Читайте также: