Особенности стартерных электродвигателей

В стартерах применяются электродвигатели постоянного тока. Для анализа особенностей их работы в системе пуска рассмотрим основ­ные характеристики электродвигателей постоянного тока, которые подразделяются на двигатели последовательного, параллельного, сме­шанного и независимого возбуждения. Тип возбуждения определяется схемой включения обмоток возбуждения по отношению к якорной пени. Электромеханические параметры электродвигателя определяются выражениями:

(1)

(2)

(3)

где U—напряжение, подводимое к электродвигателю от источника питания; R_Я — активное сопротивление цепи якоря; Е— противо-ЭДС якоря; Ф — маг­нитный поток; п — частота вращения якоря; М— момент электродвигателя; Iя —ток якоря; С_е. С_м —конструктивные постоянные;

; ;

р — число пар полюсов; а — число пар параллельных ветвей обмотки якоря; N — число проводников обмотки якоря.

Из выражений (1) - (3) можно получить формулы для определе­ния частоты вращения:

(4)

(5)

В электродвигателях, с последовательным возбуж­дением обмотка возбуждения включается последовательно с об­моткой якоря, и поэтому Iя = I_В (рис. 2, а).

Рисунок 2 Схема двигателя с последовательным возбуждением (а) и его электромеханические (б) и механическая (в) характеристики

Следовательно, магнит­ный поток двигателя Ф является некоторой функцией тока якоря I_Я. Характер этой функции изменяется в зависимости от нагрузки двига­теля. При токе якоря I_В < (0,8 - 0,9) I_ном (I_ном — номиналь­ный ток якоря), когда магнитная система машины насыщена, можно считать, что поток линейно зависит от I_Я :

(6)

где к_ф — коэффициент пропорциональности, имеющий размерность индуктивности (Гн), остается практически постоянным в значитель­ном диапазоне нагрузок. Подставляя (6) в уравнения (3) и (4), получим токоскоростную и моментную характеристики , в этом диапазоне в виде:

(7)

(8)

- постоянные, т.е. в диапазоне от 0 до І_ном зависимость имеет гиперболический характер (при ), а зависимость - параболический (рис.2, б).

При дальнейшем возрастании тока якоря поток Ф растет медлен­нее, чем , и при больших нагрузках ( > І_ном) можно считать Ф = const.

В этом случае скоростная и моментная характеристики становятся линейными аналогично характеристикам двигателя с независимым возбуждением.

Механическая характеристика (рис. 2, в) может быть построена на основании уравнений (7) и (8). При токе якоря, меньшем (0,8... 0,9) І_ном, частота вращения изменяется по закону

(9)

где - постоянная.

При токе якоря, большем І_ном, зависимость становит­ся линейной.

Из рисунке 3, в следует, что механическая характеристика двигателя с последовательным возбуждением является «мягкой». При малых на­грузках частота п резко возрастает и может превысить максимально допустимое значение (двигатель идет «вразнос»). Несмотря на этот не­достаток, такие двигатели широко применяются в различных электри­ческих приводах, где имеют место изменение нагрузочного момента в широких пределах и тяжелые условия пуска. В частности, большинст­во стартерных электродвигателей имеют последовательное возбужде­ние. Объясняется это тем, что мягкая характеристика рассматриваемо­го двигателя более благоприятна для указанных условий работы, чем жесткая характеристика двигателя с параллельным возбуждением.

При «мягкой» характеристике двигателя с последовательным возбуждением частота вращения п обратно пропорциональна (12), вследствие чего

где - постоянная

Поэтому при изменении нагрузочного момента в широких пре­делах, что характерно для пуска ДВС, мощность Р_с, а следова­тельно, и электрическая мощность , и ток у двигателей с последовательным возбуждением изменяются в меньших пре­делах, чем у двигателей с параллельным возбуждением. Кроме того, они лучше переносят перегрузки. Двигатель с последовательным возбуждением развивает больший пусковой момент, чем двигатель с параллельным возбуждением.

Таким образом, в стартерах используются двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением. В отдельных случаях, рас­смотренных ниже, используются двигатели со смешанным возбужде­нием. В последние годы на стартерах стали применяться электродви­гатели с возбуждением от постоянных магнитов, которые имеют по­ниженное энергопотребление вследствие отсутствия тока возбуждения. Однако такие стартеры имеют недостатки, характерные для электро­двигателей независимого (параллельного) возбуждения. Кроме того, материал для изготовления постоянных магнитов еще очень дорог. Постоянные магниты используются только в маломощных стартерах.