Устройство автомобилей
Схемы включения обмоток стартера
Независимое и параллельное возбуждение
Если обмотка якоря электродвигателя и обмотка возбуждения подключены к различным источникам питания, данный двигатель называют двигателем с независимым возбуждением. Механические и электромеханические характеристики такого двигателя аналогичны характеристикам двигателя с параллельным возбуждением (рис. 1), так как у него ток возбуждения Iв также не зависит от тока якоря Iя .
Из графиков, представленных на рис. 1, б и 1, в видно, что такие электродвигатели характеризуются малой зависимостью частоты вращения якоря от развиваемого вращающего момента, тогда как для стартерного электродвигателя предпочтительнее обратно пропорциональная зависимость между частотой вращения и развиваемым моментом в определенном интервале частот, характерных для режима пуска ДВС.
Последовательное возбуждение
В электродвигателях с последовательным возбуждением обмотка возбуждения подключается последовательно с обмоткой якоря, и поэтому ток в этих обмотках одинаковой величины: Iя = Iв (рис. 2). Следовательно, магнитный поток Ф двигателя является некоторой функцией тока якоря Iя .
Характер этой функции изменяется в зависимости от нагрузки двигателя. При токе якоря Iя меньше 0,8…0,9 номинального тока якоря ( Iном ), когда магнитная система машины насыщена, можно считать, что поток линейно зависит от тока якоря Iя :
где kф – коэффициент пропорциональности, имеющий размерность индуктивности, остается практически постоянным в значительном диапазоне нагрузок.
При дальнейшем возрастании тока якоря поток Ф растет медленнее, чем ток якоря, и при больших нагрузках можно считать величину потока Ф постоянной. В этом случае скоростная и моментальная характеристики становятся линейными аналогично характеристикам двигателя с независимым возбуждением.
Механическая характеристика двигателя с последовательным возбуждением является «мягкой» (рис. 2). При малых нагрузках частота вращения вала n резко возрастает и может превысить максимально допустимое значение (двигатель идет вразнос). Несмотря на этот недостаток, такие двигатели находят широкое применение 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 «жесткой» характеристике частота вращения n почти не зависит от момента (рис.1, в).
При «мягкой» характеристике двигателя с последовательным возбуждением частота вращения n обратно пропорциональна М , вследствие чего мощность электродвигателя рассчитывается по формуле:
Поэтому при изменении нагрузочного момента в широких пределах, что характерно для пуска ДВС, мощность Рс , а следовательно, и электрическая мощность Рэ = IяUя , и ток Iя у двигателей с последовательным возбуждением изменяются в меньших пределах, чем у двигателей с параллельным возбуждением. Кроме того, они лучше переносят перегрузки.
В электродвигателе со смешанным возбуждением (рис. 3) магнитный поток Ф создается в результате совместного действия двух обмоток возбуждения (рис. 3, а): параллельной (ОВ1) и последовательной (ОВ2). Поэтому его механическая характеристика (рис. 3, в; кривые 3, 4) располагается между характеристиками двигателей с параллельным (прямая 1) и последовательным (кривая 2) возбуждением.
Одним из достоинств двигателя со смешанным возбуждением, которые используются в некоторых конструкциях стартеров, является то, что он, обладая «мягкой» механической характеристикой, может работать на холостом ходу, так как частота вращения холостого хода имеет конечное значение.
Таким образом, в стартерах используются двигатели постоянного тока с последовательным и (в отдельных случаях) со смешанным возбуждением.
На рис. 4 представлены схемы внутренних соединений некоторых стартеров отечественного производства.
Возбуждение от постоянных магнитов
В последние годы на стартерах стали применять электродвигатели с возбуждением от постоянных магнитов, которые имеют пониженное энергопотребление вследствие отсутствия тока возбуждения. Однако такие стартеры имеют недостатки, характерные для электродвигателей с независимым (параллельным) возбуждением.
Кроме того, материал для изготовления постоянных магнитов пока еще очень дорогой, поэтому постоянные магниты вместо обмотки возбуждения в настоящее время используются только для небольших стартеров легковых автомобилей.
Использование в стартерных электродвигателях постоянных магнитов для возбуждения потока дает снижение нагрузки на аккумуляторную батарею при пуске ДВС в связи с тем, что такой электродвигатель имеет малый момент и потребляет малые токи.

Однако высокая частота вращения, характерная для таких двигателей в любом нагрузочном режиме, а также относительно небольшой развиваемый вращающий момент повлекли применение на таких стартерах дополнительной механической передачи, уменьшающей частоту вращения якоря и увеличивающего вращающий момент, передаваемый коленчатому валу ДВС. Обычно в качестве дополнительной механической передачи используется планетарный зубчатый редуктор, конструкция которого отличается компактностью.
К недостаткам, присущим стартерам с возбуждением от постоянных магнитов можно добавить тяжелые условия работы муфты свободного хода и щеточно-коллекторного узла электродвигателя, повышенный шум из-за высокой частоты вращения и наличия редуктора. Применение стартеров с редукторами потребовало изменить технологию их изготовления. В частности, для увеличения механической прочности вращающихся частей стали применять более прочную изоляцию обмоток якоря, пайка соединений в главных цепях заменена сваркой, производится точная балансировка вращающихся частей и т. п.
Источник
Электродвигатели с последовательным возбуждением
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.
Источник
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Обмотка — возбуждение — стартер
Обмотка возбуждения стартеров выполняется из медного провода прямоугольного сечения. [1]
Обмотка возбуждения стартера включена последовательно в обмотку якоря. [2]
Обмотка возбуждения стартеров выполняется из медной шины, которая свертывается в спираль вместе с полоской из прессшпана или литероида. Ширина полоски изоляции равна ширине медной шины. После намотки такой катушки производят ее оплетку тесьмой из хлопчатобумажной ткани, придают ей нужную форму под прессом и пропитывают лаком. При разборке и сборке индуктора стартера используется то же оборудование, что и для генераторов. Места соединения катушек между собою, а также медных канатиков, соединяющих щетки, требуют надежной пайки, так как стартер работает при больших токах и величина переходного сопротивления имеет большое значение. [3]
Обмотка возбуждения стартера включена последовательно обмотке якоря, поэтому ток в цепи стартера равен току в обмотке возбуждения, а следовательно, и току в обмотке якоря. [4]
Обмотка возбуждения стартеров рыполняется из медного провода прямоугольного сечения. [5]
Обмотка возбуждения стартера СТ-103 разделена на две параллельные ветви, провода обмоток имеют увеличенное сечение. В каждом щеткодержателе установлено по две щетки, соответственно удлинен коллектор. [6]
Для проверки отсутствия замыкания внутренней цепи стартера на массу необходимо приподнять над коллектором неизолированные массовые щетки, отъединить вывод шунтовой катушки от неизолированного щеткодержателя, отъединить вывод обмотки возбуждения стартера от тягового реле, подвести к выводу обмотки возбуждения и к корпусу стартера напряжение ( через контрольную лампочку) от аккумуляторной батареи или от сети. [7]
Пуск; 4 — подвижный контакт; 5 — тяговое реле стартера; 6 — якорь реле; 7 — удерживающая обмотка; 8 — втягивающая обмотка; 9 — обмотка возбуждения стартера ; 10 — якорь стартера. [9]
Одновременно с отходом якоря 15 реле-шток 12 под действием упругой силы пружины 10 тоже отходит в исходное положение и отводит подвижный контакт / / от головок неподвижных контактных болтов, отключая обмотку возбуждения стартера от аккумуляторной батареи. [11]
На рис. 160 изображен стартер СТ-8 в разрезе. Зажим 1 включателя соединяется с обмоткой возбуждения стартера , а зажим 2 с зажимом — аккумуляторной батареи. Включатель ВК-14 не только включает стартер в цепь батареи, но и блокирует вариатор ( рис. 58), который при пуске двигателя не только не нужен, но и ухудшал бы пуск двигателя. [13]
По одному концу удерживающей и втягивающей обмоток 21 припаяны к зажиму 17 тягового реле. Другой конец удерживающей обмотки соединен на корпус реле, а другой конец втягивающей обмотки подключен к выводу обмотки возбуждения стартера . Зажим КЗ на — чертеже не виден. [14]
В стартер входят четырехполюсный двигатель последовательного возбуждения, шестерня с муфтой свободного хода и электромагнитное тяговое реле. Цепь стартера может быть замкнута только через дополнительное реле включения. Обмотка возбуждения стартера состоит из двух параллельных ветвей, в каждой из которых имеется по две катушки, последовательно включенные по отношению к обмотке якоря. [15]
Источник
Стартеры
В качестве стартеров применяют четырехполюсные электродвигатели постоянного тока с последовательным или смешанным возбуждением. Сила тока, питающего стартер при его работе, зависит от напряжения на зажимах стартера и скорости вращения якоря.
Обмотка якоря и обмотка возбуждения выполнены из проводов большого сечения, и малой длины, поэтому стартеры обладают малым сопротивлением, в результате чего при полном торможении якоря в момент включения стартеры СТ2, СТ130-Б и СТ103 потребляют силу тока, достигающую 600-850А. При вращении якоря его обмотка пересекает силовые линии магнитного потока возбуждения, и в проводниках якоря индуктируется э. д. с., действующая навстречу току в цепи стартёра и уменьшающая силу этого тока. При холостом ходе якоря (без нагрузки) скорость вращения его возрастает до 5 тыс. об/мин, при этом сила тока снижается до 80-110А.
С увеличением силы тока, питающего стартер, возрастает магнитный поток возбуждения, который, взаимодействуя с магнитным потоком якоря, развивает большой крутящий момент, что облегчает пуск двигателя. Наибольший крутящий момент будет при неподвижном якоре, когда в цепи стартера сила тока максимальна.
Стартеры СТ2 и СТ130-Б.
Стартеры СТ2, устанавливаемые на автомобиле ЗИЛ-131, и СТ130-Б — на автомобиле ГАЗ-66 — четырехполюсные, напряжением 12 В, мощностью 1,4—1,5 л. с., с принудительным электромагнитным включением шестерни привода и дистанционным управлением. Стартеры имеют аналогичные электрические схемы и устройство. Стартер СТ2 герметизированный.
Обмотка возбуждения разделена на две параллельные ветви. Вал якоря вращается в трех скользящих подшипниках. В стартере СТ2 герметизация корпуса и тягового реле обеспечивается резиновыми кольцами 10, 16 и 17 (рис. 47), а место крепления передней крышки с картером маховика — резиновым кольцом 26.

1 — упорное кольцо; 2 — шестерня; 3 — муфта свободного хода; 4 — буферная пружина; 5 — поводковая муфта; 6 — пружина; 7 — корпус; 8 — стяжной болт; 9 — якорь; 10, 16, 17 и 25 — резиновые кольца; 11 — коллектор; 12 и 24 — крышки; 13 — защитный колпак; 14 — щетка; 15 — обмотка возбуждения; 18 — зажим реле; 19 — контактный диск; 20 — обмотки; 21 — якорек; 22 — возвратная пружина; 23 — регулировочный винт; 25 — рычаг
Тяговое реле служит для введения шестерни стартера в зацепление с шестерней маховика и включения рабочего тока в цепь стартера. Втягивающая 3 и удерживающая 4 обмотки (рис. 48) намотаны на латунной втулке 2 и защищены магнитопроводом 5. При прохождении тока магнитные потоки обеих обмоток обеспечивают втягивание якорька 7, который перемещает контактный диск 1 в сторону главных зажимов; одновременно при перемещении рычага привода происходит зацепление шестерни, стартера с шестерней маховика.
Реле включения служит для включения электрической цепи обмоток тягового реле при пуске двигателя и автоматического выключения стартера после пуска двигателя в том случае, когда водитель несвоевременно поворачивает ключ выключателя зажигания из второго в первое правое положение.
При установке ключа выключателя зажигания во второе правое положение ток в цепи обмотки реле включения проходит по следующему пути (см. рис. 48):
положительный зажим батареи — зажим тягового реле — выключатель зажигания ВЗ — обмотка реле включения — зажим Я реле-регулятора — зажим Я генератора — обмотка якоря генератора — масса — выключатель батареи — отрицательный зажим батареи.

1 — контактный диск; 2 — латунная втулка; 3 — втягивающая обмотка; 4 — удерживающая обмотка; 5 — магнитопровод; 6 — шип; 7 — якорек; 8 — возвратная пружина; 9 — контакты; 10 — ярмо; 11 — обмотка; 12 — пружина; 13 — якорек; 14 — латунная пластина; 15 — ограничитель подъема якорька; К, Б, С — зажимы реле; ВЗ — выключатель зажигания; ВБ — выключатель батареи; КЗ — зажим тягового реле
Ток обмотки реле включения намагничивает сердечник, якорек 13 притягивается к нему и замыкает контакты 9, после чего включается цепь обмоток тягового реле. От положительного зажима батареи ток протекает на зажим тягового реле — зажим Б реле включения — ярмо 10 — якорек 13 — контакты 9 — зажим С реле включения — зажим тягового реле, а затем разветвляется на две параллельные ветви:
а) удерживающая обмотка 4 — масса;
б) втягивающая обмотка 3 — обмотка возбуждения стартера — изолированные щетки — коллектор — обмотка якоря — коллектор — массовые щетки стартера — масса. Затем ток возвращается через выключатель батареи на отрицательный зажим батареи.
При прохождении тока по обмоткам тягового реле якорек 7 втягивается внутрь магнитопровода и при помощи рычага 25 (см. рис. 47) вводит шестерню 2 стартера в зацепление с шестерней маховика. При этом контактный диск 1 (см. рис.48) замыкает цепь стартера и аккумуляторной батареи, включая рабочий ток; одновременно диск 1 закорачивает втягивающую обмотку 3 тягового реле и добавочное сопротивление катушки зажигания. При замыкании диском 1 основных зажимов тягового реле прекращается протекание тока во втягивающей обмотке 3, и якорек во втянутом положении будет удерживаться только одной обмоткой 4.
После того как двигатель пущен, водитель поворачивает ключ выключателя зажигания из второго в первое правое положение. Цепь тока, проходящего через обмотку реле включения, прерывается, контакты реле размыкаются и прерывают, цепь удерживающей обмотки 4 тягового реле. В этот момент втягивание якорька 7 прекращается, и под действием возвратной пружины 8 шестерня стартера выйдет из зацепления с шестерней маховика, а контактный диск 1 выключит рабочую цепь стартера. Если после пуска двигателя ключ выключателя зажигания не переводить в первое правое положение, то стартер отключится автоматически. Так как напряжение генератора направлено встречно напряжению батареи и уменьшает силу тока в цепи обмотки реле включения, то намагничивание сердечника уменьшается, и пружина якорька размыкает контакты реле. При этом выключается цепь обмоток тягового реле, пружина 8 возвращает якорек 7 и все детали привода стартера в первоначальное положение.
Червячная нарезка на валу якоря (см. рис. 47) при включении стартера обеспечивает не только поступательное перемещение, но и вращательное движение втулки привода и, следовательно, шестерни 2, что облегчает зацепление шестерни стартера с шестерней маховика.
Если при включении стартера торец зуба шестерни 2 упрется в торец зуба шестерни маховика, то якорек 21 тягового реле, продолжая втягиваться внутрь магнитопровода, через рычаг 25 сожмет буферную пружину 4. В то же время контактный диск 19 замкнет главные зажимы 18 тягового реле, включая рабочий ток в стартер.
Якорь стартера, а вместе с ним шестерня 2 повернутся, и сжатая пружина 4 быстро введет шестерню 2 стартера в зацепление с шестерней маховика.
В случае заклинивания шестерни стартера в шестерне маховика в момент выключения стартера пружина 6 позволяет отвести контактный диск 19 тягового реле от главных зажимов 18, что предотвратит бесцельный разряд батареи через стартер. В это время усилием возвратной пружины 22 якорек 21 отходит от зажимов 18; при этом рычаг 25, перемещая левую половину разрезной поводковой муфты 5, сжимает пружину 6.
Муфта 3 свободного хода предупреждает передачу вращения от маховика на якорь стартера после пуска двигателя, что предотвращает разнос якоря.
Устройство и действие муфты аналогично муфтам стартеров СТ130, СТ113 и др. Винтом 23 регулируют момент замыкания контактного диска 19 с зажимами 18 тягового реле при зазоре 2-4 мм между торцом шестерни привода и упорным кольцом 1.
Стартер СТ103.
Стартер СТ103 — четырехполюсный напряжением 24 В, мощностью 9-11 л. с. (в зависимости от емкости аккумуляторной батареи) с электромагнитным включением и дистанционным управлением устанавливают на двигателях ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238.
Увеличение мощности стартера СТ103 по сравнению со стартерами СТ130-Б и СТ2 достигнуто повышением напряжения до 24 в и силы тока до 850 А. Для уменьшения сопротивления стартера обмотка якоря и обмотка возбуждения стартера выполнены из проводов большего сечения и в каждый щеткодержатель установлено по две щетки. Каждые две противоположные щетки соединены параллельно. Все четыре щетки изолированы от массы. Обмотка возбуждения распределена на две параллельные ветви. По одному концу обеих пар катушек обмотки возбуждения соединено на массу.
Якорь вращается в трех скользящих подшипниках. Выброс проводников из пазов якоря предотвращается установкой бандажей 28 (рис. 49), состоящих из стальной проволоки, намотанной на картонную прокладку. Витки проволоки скрепляются скобами и пайкой.

а — общий вид стартера; б — детали механизма привода; в — траверса щеткодержателей;
1 — зажим; 2 — соединительная шина; 3 — щетки; 4 — зажим тягового реле; 5 — контактный диск; 6 — тяговое реле; 7 — якорек; 8 — регулировочный винт; 9 — серьга; 10 — рычаги; 11 — возвратная пружина; 12 — шестерня; 13 — масленка; 14 — сухарь; 15 — упорное кольцо; 16 — ленточная нарезка вала; 17 — пружина; 18 — ведущая гайка; 19 — шайба на ступице стакана; 20 — стакан; 21 — буферная пружина; 22 — палец рычага; 23 — ступица стакана; 24 — фланец среднего подшипника; 25 — обмотка якоря; 26 — обмотка возбуждения; 27 — якорь; 28 — бандажи; 29 — пружина щетки; 30 — коллектор; 31 — траверса щеткодержателей; 32 — щеткодержатели; 33 — соединительная шинка двух противоположных щеток; 34 — изоляционная прокладка; Б — углубление на нарезке вала; В — выступы ведущей гайки.
Привод стартера — комбинированный, т. е. включается шестерня принудительно от тягового реле, а выключается автоматически. В тяговом реле стартера удерживающая 5 и втягивающая 3 обмотки (рис. 50) намотаны на латунную втулку 6. Магнитные, потоки обмоток действуют в одном направлении. Стальной якорек 8 перемещается в латунной втулке; шип 7 входит в паз 9 якорька и не позволяет ему провертываться при регулировке привода. Медный контактный диск 1 изолирован от латунного штока 4. Обмотки реле включаются в цепь выключателем ВК-50. Действие обмоток реле аналогично действию обмоток тягового реле стартеров СТ2 и СТ130-Б.
При прохождении тока в обмотках тягового реле 6 (см. рис. 49) якорек 7, втягиваясь внутрь магнитопровода, через винт 8, соединительную серьгу 9 и рычаги 10 перемещает стакан 20 по валу якоря. Стакан торцом своей ступицы перемещает ведущую гайку 18 по червячной нарезке вала. Гайка 18 через пружину 17 перемещает шестерню 12 вдоль вала до упорного кольца 15 и вводит ее в зацепление с шестерней маховика. Усилие от гайки на шестерню передается выступами В гайки, входящими в прорези шестерни.

PC103 — тяговое реле; ВК318 — выключатель аккумуляторной батареи; ВК50 — выключатель стартера; 1 — контактный диск; 2 — магнитопровод; 3 — втягивающая обмотка; 4 — шток; 5 — удерживающая обмотка; 6 — латунная втулка; 7 — шип; 8 — якорек; 9 — паз в якорьке; 10 — регулировочный винт; 11 — серьга; 12 и 14 — рычаги; 13 — возвратная пружина; 15 — крышка; 16 и 19 — пружины; 17 — контактный болт; 18 — контактный диск; 20 — шток; 21 — корпус; 22 — гайка крепления выключателя; 23 — кнопка; 24 — контакт, соединенный с массой; 25 — изолированный контакт; 26 — контактный диск; 27 — кнопка выключения; 28 — кнопка включения.
В случае упора торцов зубьев зацепляемых шестерен окружной зазор в резьбе вала и шестерни 12 (см. сечение по А—А) допускает поворот шестерни относительно вала якоря на один зуб, что облегчает введение шестерен в зацепление.
В конце хода шестерни контактный диск 5 тягового реле включает цепь рабочего тока стартера и якорь начинает вращаться.
При вращении якоря вследствие трения ступицы 23 стакана о вал якоря происходит перемещение стакана в первоначальное положение, при этом палец 22 рычага 10 скользит по винтовому пазу стакана. В это время ведущая гайка 18 прижимает шестерню 12 к упорному кольцу 15.
После пуска двигателя шестерня маховика значительно увеличит число оборотов шестерни 12 стартера, которая, перемещаясь по резьбе вала, выйдет из зацепления с шестерней маховика. Пружина 21 смягчает удар торца шестерни 12 о ступицу 23.
При отключении стартера возвратная пружина 11 устанавливает якорек 7 и рычаги 10 в исходные положения. Ведущая гайка 18 фиксируется в исходном положении углублениями Б вала якоря.
Статья из книги «Устройство грузового автомобиля». Читайте также другие статьи из
Источник






