Характеристики мотора постоянного тока

Можно спроектировать мотор с характеристиками, оптимальными для конкретной задачи. Для сравнения основных типов электродвигателей постоянного тока на рис. 7.12 показаны зависимости крутящего момента от частоты вращения. Рассмотрены четыре основных типа моторов: с шунтирующим включением обмоток, с сериесным включением обмоток, с компаундным включением обмоток и с магнитами постоянного возбуждения.

В электромоторах с шунтирующим включением обмоток обмотка возбуждения поля соединена параллельно с обмоткой якоря так, как показано на рис. 7.13. За счет постоянного поля возбуждения частота вращения этого типа мотора остается постоянной, фактически независимой от крутящего момента.

В сериесных моторах обмотка возбуждения и обмотка якоря соединены последовательно. Вследствие этого метода включения ток якоря проходит через обмотку возбуждения, состоящую обычно всего из нескольких витков толстого провода. Когда

этот мотор запускается под нагрузкой, из-за низкого сопротивления обмоток и отсутствия противо - э.д.с. возникает высокий начальный ток. Он создает очень сильное магнитное поде и, следовательно,

высокий начальный крутящий момент. Эта особенность делает мотор с сериесным включением обмоток возбуждения идеальным в качестве электродвигателя стартера. На рис. 7.14 показана схема мотора с сериесным включением обмоток.

Мотор с компаутным включением обмоток, показанный на рис. 7.15, является как бы комбинацией моторов с шунтирующим и сериесным включением. Характеристики мотора могут изменяться в зависимости от того, как соединены обмотка возбуждения и обмотка якоря. Шунтирующая обмотка может подключаться или параллельно якорю, или последовательно с ним. Моторы больших стартеров обычно компаундного типа и могут использоваться

в две стадии. На первой стадии шунтирующая обмотка соединяется последовательно с обмоткой якоря исериесной обмоткой возбуждения. Такое необычное соединение позволяет создать

небольшой крутящий момент, обусловленный относительно

высоким сопротивлением шунтирующей обмотки. Когда шестерня стартера оказывается в пешком зацеплении с зубчатым кольцом маховика, ряд контактов направляет питание через последовательную обмотку и якорь, обеспечивая полный крутящий момент. Шунтирующая обмотка теперь подключена параллельно и будет действовать таким образом, чтобы ограничивать максимальные обороты мотора.

Моторы с постоянными магнитами меньше по размерам и более просты по сравнению с тремя типами моторов, о которых шла речь выше. Магнитное ноле в них, как следует из названия, создается постоянными магнитами. Это возбуждение останется постоянным на всех эксплуатационных режимах. На рис. 7.16 показано принятое условное обозначение для этого типа моторов.

Характеристики этого типа электромотора подобны распространенному мотору с шунтирующим включением. Однако когда один из этих типов используется в качестве стартера, падение напряжения батареи заставляет мотор вести себя подобно

машине сериесного типа. Впрочем, в некоторых случаях более высокая скорость и сниженное значение крутящего момента создаются за счет промежуточной передачи в моторе стартера.

Информация о стартерах приводится в форме характеристических кривых. На рис. 7.17 привезены характеристики типичного стартера легкового транспортного средства.

Этот график показывает, как меняется скорость мотора от нагрузки. Из-за очень высоких скоростей, развиваемых при отсутствии нагрузки, такой мотор можно повредить. Снятие нагрузки при высоких центробежных сипах на якоре может привести к разрушению обмотки. Отметим, что максимальная

мощность этого типа моторов развивается при средней скорости, но максимальный крутящий момент — при нулевой.

Типы стартерных моторов

Инерционные стартеры

Во всех стандартных автомобилях требуется соединить стартер с зубчатым венцом маховика двигателя только на время запуска. Если бы связь оставалась постоянной, то чудовищная скорость, с которой запущенный двигатель стал бы вращать стартер, практически немедленно его бы разрушила.

Инерционный стартер применялся в течение более чем 80 лет, но теперь оказался ненужным. На рис. 7.18 показан стартер типа Lucas M35J. Эта четырехполюсная машина с четырьмя щетками использовалась на бензиновых автомобилях палых и средних размеров. Он способен создать крутящий момент до 9,6 Нм при максимальном токе 353 А. В стартере M35J использован торцевой коллектор и аксиально расположенные щетки. Магнитное поле создастся обмоткой типа «волна», заземленной на корпус стартера.

Стартер взаимодействует с кольцевым венцом маховика посредством маленькой шестеренки. Зубчатая шестеренка и спиральный паз на валу якоря связаны резьбовым соединением так, что когда стартер приводится в действие (через реле), якорь

заставляет винт вращаться в шестеренке. Шестеренка из-за инерции остается неподвижной и за счет винта, вращающегося внутри шестеренки, смешается и входит в зацепление с зубчатым венцом

маховика.

Когда двигатель запускается и продолжает работать за счет собственной мощности, шестерня приводится в более быстрое вращение, чем крутится вал якоря. Это заставляет шестеренку скручиваться назад по спиральному пазу и выходить из зацепления с маховым колесом. Главная пружина действует как буфер, когда шестеренка в начале принимает крутящий момент запуска, и

когда двигатель отбрасывает шестеренку назад из зацепления.

Одна из главных проблем этого типа стартеров была связана с агрессивной манерой вхождения в зацепление. Это приводило к тому, что механизм зацепления и кольцевой венец преждевременно

изнашивались. В некоторых случаях шестерня стартера имела тенденцию выходить из зацепления при проворачивании вала двигателя до завершения запуска. Шестерня стартера была также подвержена частому загрязнению продуктами износа диска сцепления. Это усугублялось необходимостью обильно смазывать механизм шестеренки, что привлекало еще больше пыли и, таким образом, шестеренка забивалась, мешая зацеплению.

Электродвигатель стартера с предварительной установкой зацепления в значительной степени преодолел указанные проблемы.

Стартеры с предварительным зацеплением

Стартеры с предварительной установкой зацепления установлены на большинстве эксплуатируемых сегодня транспортных средств. Они обеспечивают опережающее зацепление с зубцами маховика, таким образом мощность не передастся, пока шестеренка стартера не окажется полностью в зацеплении с венном маховика. Преждевременный выход шестеренки из зацепления предотвращает соленоид пускового реле. В механизм шестеренки включена обгонная муфта, предотвращающая возможность вращения стартера от двигателя. Пример распространенного стартера с предустановкой показан

на рис. 7.19 (стартер типа Bosch EF).

На рнс.7.20 показана схема подключения стартера этого типа. Принцип действия стартера с предустановкой заключается в следующем. Когда замыкается ключ зажигания, питание подается

на клемму 50 соленоида пускового реле. Это возбуждает две обмотки соленоида, удерживающую и втягивающую. Примечательно то, что втягивающая обмотка имеет очень низкое сопротивление, и, следовательно, в ней течет сильный ток.

Эта обмотка последовательно связана с цепью мотора, и текущий через нее ток позволяет ротору медленно вращаться, что облегчает установку зацепления. В то же самое время магнитное поле,

создаваемое в соленоиде, пришивает плунжер и через рабочий рычаг выдвигает шестерню вперед для зацепления с зубчатым венцом маховика. Когда шестеренка оказывается полностью в зацеплении, плунжер в конце перемещения замыкает группу

мощных медных контактов. Эти контакты теперь образуют главную цепь от стартера к батарее. Когда замыкаются контакты реле, тяговая обмотка выходит из игры, так как напряжения на обоих се концах равны напряжению источника питания. Удерживающая обмотка сохраняет плунжер во втянутом состоянии до тех пор, пока соленоид запитан от ключа зажигания.

Когда двигатель запущен и ключ освобождается, основное питание снимается, плунжер и шестеренка возвращаются в исходное положение поя действием возвратной пружины. Действие возвратной пружины, расположенной на плунжере, гарантирует, что силовые контакты пускового реле разомкнутся до того, как шестеренка стартера выйдет из зацепления.

Если зубцы шестеренки при вхождении в зацепление упираются в зубцы маховика, силовые контакты имеют возможность замкнуться за счет сжатия пружины. Это позволяет мотору прижаться на полной мощности, и шестеренка соскользнет

в зацепление.

На рис.7.21 показана в разрезе обгонная муфта. Крутящий момент, развиваемый стартером, передается через муфту на зубчатый пеней маховика. Назначение этого устройства состоит и том, чтобы

предотвратить принудительное вращение стартера от двигателя с чрезмерно высокой скоростью, пока шестеренка остается в зацеплении с маховиком двигателя. Обгонная муфта состоит из ведущей и ведомой частей с несколькими роликами между

ними. Ролики подпружинены, и при вращении в одном направлении соединяют эти две части клиновым замком, преодолевая сопротивление пружин. При вращении в противоположном направлении ролики расклиниваются, и муфта свободно вращается.

Существует множество вариантов стартера с предустановкой

зацепления, все они работают аналогично, Взамен двигателя с обмотками возбуждения в настоящее время все шире используют двигатели с постоянными магнитами.