3.2 Устройство и принцип действия стартера

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 цепи.

Характеристики:

U= Е+1_яR_я (3.1)

Е = С_еФ_п, (3.2)

М = С_мФ/_я, (3,3)

где U - напряжение, подводимое к электродвигателю от источника питания; £ - противо-ЭДС якоря; I_я - ток якоря; R_я - активное сопротивление цепи якоря; С_е, С_м - конструктивные постоянные; Ф - магнитный поток; n - частота вращения якоря; М - момент электродвигателя.

3.3.. Конструкция стартеров

Конструктивно электростартер объединяет в себе электродвигатель и механизм привода с электромагнитным тяговым реле, муфтой свободного хода и шестерней понижающего редуктора. В стартер может быть встроен дополнительный редуктор, если передаточное число от шестерни привода к венцу маховика недостаточно. Электростартеры классифицируют по способу возбуждения электродвигателя (последовательного, смешанного, с возбуждением от постоянных магнитов), типу привода, способу крепления на двигателе и степени защиты от окружающей среды. Рассмотрим особенности конструкции стартеров на конкретных примерах.

Стартер CT130-A3 устанавливается на двигателях ЗИЛ-130. Он состоит (рис. 3.2) из корпуса 18 с полюсами 3 и катушками обмотки возбуждения 2, якоря 19 с коллектором 21, пакетом пластин и обмоткой якоря 1, механизма привода с электромагнитным тяговым реле, муфтой свободного хода 15 и шестерней 14, крышек 12 (со стороны привода) и 22 (со стороны коллектора), щеточного узла со щеткодержателями, щетками и щеточными пружинами.

Корпус 18 стартера является частью магнитной системы электродвигателя, служит несущей конструкцией для крышек, воспринимает вращающий момент и передает его элементам крепления стартера на двигателе.

Корпус выполняют из цельнотянутой трубы или стальной полосы с последующей сваркой стыка. К корпусу винтами прикреплены полюсы - на стартере их четыре. Полюсы состоят из магнитопровода; и полюсных наконечников. Для обеспечения постоянного воздушного зазора по окружности между полюсами и якорем полюсы растачивают. На полюсах располагаются катушки обмотки возбуждения. Чис­ло катушек равно числу полюсов. Для намотки последовательной обмотки возбуждения используют неизолированный медный провод прямоугольного сечения. Между витками проложен электроизоля­ционный картон толщиной 0,2...0,4 мм. В стартерах со смешанным возбуждением (СТ221 и др.) для намотки катушек параллельной обмотки возбуждения применяют круглый изолированный провод с эмалевой изоляцией. Внешняя изоляция представляет собой хлоп­чатобумажную ленту, которую для повышения электрической и ме­ханической прочности пропитывают лаком.

Рис. 3.2 Стартер CT130-A3:

1 - обмотка якоря; 2- обмотка возбуждения; 3 - полюс; 4 - контакты тягового реле; 5-контакт замыкания добавочного резистора; 6-обмотки тягового реле; 7-якорь тягового реле; 8 - регулировочный винт-тяга; 9- защитный кожух; 10- рычаг; 11 - винт регулировки хода шестерни; 12- крышка со стороны привода; 13 -упорное кольцо; 14- шестерня; 15- муфта свободного хода; 16- пружина; 17- поводковая муфта; 18- корпус; 19- якорь; 20- защитная лента; 21 - коллектор; 22- крышка со стороны коллектора

Катушки в стартерах с последовательным возбуждением могут соединены последовательно, попарно-параллельно или параллельно. Катушки параллельной обмотки в стартерах смешанного возбуждения обычно соединяют последовательно. Между собой катушки соединены контактной сваркой или заклепками с после­дующей пайкой. Для экономии меди и уменьшения массы стартеров иногда применяются алюминиевые провода. В этом случае катушки соединяют методом холодной сварки.

Якорь 19 стартера имеет шихтованный сердечник в виде пакета стальных пластин толщиной 1,0...1,2 мм, что уменьшает потери на вихревые токи. Крайние пластины пакета из электроизоляционного картона предохраняют от повреждения изоляцию лобовых частей обмотки якоря. В электродвигателях стартеров применяют простые волновые и петлевые обмотки с одно- и двухвитковыми секциями. Большее распространение получили волновые обмотки, обладаю­щие рядом преимуществ по сравнению с петлевыми - лучшие мас­согабаритные показатели, отсутствие специальных уравнительных соединений. Лобовые части обмотки якоря укрепляют бандажами из нескольких витков проволоки, хлопчатобумажного шнура или стекловолокнистого материала, пропитанного синтетическими смо­лами. Лобовые части секций изолируют одну от другой электроизо­ляционным картоном или полимерными трубами. Концы секций об­мотки якоря укладывают в прорези петушков коллекторных ламе­лей, чеканят и соединяют с коллекторными ламелями пайкой.

Коллектор 21, составленный из медных ламелей, является наи­более ответственным узлом электродвигателя. Коллекторы подвер­гаются значительным электрическим, тепловым и механическим нагрузкам. В стартерах применяют сборные цилиндрические кол­лекторы на металлической втулке (стартеры большой мощности), а также цилиндрические и торцовые с пластмассовым корпусом.

Сборный коллектор (рис. 3.3,а) состоит из отдельных пластин твердотянутой профильной меди и изолирующих прокладок из ми­канита, слюдинита или слюдопласта толщиной 0,4...0,9 мм. Цилин­дрические коллекторы с пластмассовым корпусом (рис. 3.3,6) на­бирают в виде пакета медных пластин и в специальной форме за­прессовывают в пластмассу. Использование в качестве форми­рующего элемента пластмассы повышает монолитность, прочность коллектора и позволяет автоматизировать процесс его изготовле­ния. Пластмассовый корпус изолирует коллекторные ламели и вос­принимает нагрузки.

Рабочая поверхность торцового коллектора (рис. 3.3,в) нахо­дится в плоскости, перпендикулярной оси вращения якоря (рис. 3.4). При этом снижается расход меди, уменьшается длина стар­тера, повышается уровень механизации и автоматизации произ­водства коллекторов. Пакет якоря и коллектор напрессовывают на вал, вращающийся в двух или трех опорах с подшипниками из по­рошкового материала или бронзографитными. Подшипники сколь­жения расположены в крышках и промежуточной опоре. Смазочный материал в подшипники закладывается в процессе производства и добавляется при обслуживании стартеров в эксплуатации. В стар­терах большой мощности подшипники имеют масленки с резервуа­рами и смазочными вальцами. Промежуточную опору обычно уста­навливают в стартерах с диаметром корпуса 115 мм и более. При ее применении уменьшаются прогиб вала и износ подшипников. Промежуточные опоры в виде диска из чугуна, стали или алюми­ниевого сплава зажимают между корпусом и передней крышкой и крепят к передней крышке.

Рис. 3.3. Коллекторы электростартеров:

а - сборный цилиндрический на металлической втулке; б - цилиндрический на пластмассовой основе; в - торцовый на пластмассовой основе; 1 и 2 - соответственно металлические зажимные и изоляционные конусные кольца; 3- металлическая втулка; 4 - изоляционная трубка; 5 - пластины коллектора; 6 - гайка; 7- армировочное кольцо; 8 - прессовочный изоляционный материал; 9 - изоляционная пластина

Непосредственно к коллекторной крышке (рис. 3.5) или к тра­версе заклепками и винтами прикреплены щеткодержатели 4. Щет­кодержатели изолированных щеток отделены от крышек проклад­ками из текстолита или другого изоляционного материала. Щетко­держатели обеспечивают правильное расположение и необходи­мое усилие прижима щеток к рабочей поверхности коллектора. На­дежность электрического контакта между щеткой и коллектором в значительной мере определяется усилием, с которым щетка прижимается к коллектору пружиной 2, и изменением этого усилия в процессе изнашивания щетки и уменьшения ее высоты. Начальное давление пружин на щетке находится в пределах 30...130 кПа. Применяют спиральные пружины из ленточной стали или витые цилиндрические пружины. Щетки торцовых коллекторов (см. рис. 3.4) размещены в пла­стмассовой или металлической траверсе и прижаты к рабочей поверхности коллектора витыми цилиндрическими пружинами, что позволяет сохранить постоянство прижимных усилий в течение длительного срока службы. В стартерах применяют меднографитовые щетки с добавлением олова и свинца, причем содержание графита в щетках больше у мощных стартеров и у стартеров с тя­желыми условиями коммутации.

Конструкция кожуха (приводной крышки) 9 (см. рис. 3.2) зависит от материала, типа механизма привода, способа крепления старте­ра на двигателе и тягового реле на стартере.

Рис. 3.4. Электростартер с торцовым коллектором:

1 - вал якоря; 2 и 3 - соответственно упорное и замковое кольца;

4 - шестерня; 5— рычаг привода; 6-тяга реле; 7- уплотнительная заглушка;

8 -обмотка возбуждения; 9 10, 13, 15- соответственно якорь, корпус, сердечник и крышка тягового реле; 11 и 12 - соответственно удерживающая и втягивающая обмотки; 14 - подвижный контакт; 16- контактные болты;

17-бандаж лобовой части обмотки якоря; 18-обмотка якоря; 19-защитный кожух; 20-щетка; 21 - вкладыш подшипника; 22-торцо¬вый коллектор;

23 и 27- соответственно коллекторная и передняя крышки; 24- якорь электродвигателя; 25- корпус; 26 - поводковая муфта;28- роликовая муфта свободного хода

Шестерня привода стартера может быть установлена между опорами под приводной крышкой или консольно за ее пределами. Консольное расположе­ние шестерни характерно для стартеров с инерционным приводом, с перемещающимся якорем, с тяговым реле, встроенным в перед­нюю крышку соосно приводу или размещенным в коллекторной крышке. Разработаны конструкции стартеров с одной опорой в кол­лекторной крышке (см. рис. 3.4). Другая опора вала со стороны привода расположена в картере маховика двигателя. Стартеры, предназначенные для тяжелых условий работы на большегрузных автомобилях и тракторах, отличаются большой степенью герметизации.

Рис. 3.5. Крышка со стороны коллектора:

1 - крышка; 2- пружина; 3 - бронз графитный подшипник (вкладыш);

4 – щеткодержатель

Например, в стартере СТ142 для дизелей (рис. 3.6) герметизация обеспечивается установкой в местах разъема резиновых колец 12 и 77, применением пластмассовых втулок и уплотнительных прокладок. Герметизация рычажного механизма тягового реле осуществляется резиновым сильфоном 19.

Рис. 3.6. Стартер СТ142 для дизелей:

1 - болт траверсы; 2- пружина щеткодержателя; 3 - металлическая втул­ка коллектора; 4- нажимное металлическое кольцо; 5 - изоляционный корпус коллектора; 6- войлочный фильтр; 7- радиальный щеткодержатель;

8- траверса; 9 и 28-болты крепления соответственно коллектор­ной и приводной крышек; 10 и 20 - соответственно коллекторная и при­водная крышки; 11- щетка; 12 и 17- резиновые уплотнительные кольца; 13- корпус; 14-полюс; 15и 18-соответственно шток и якорь тягового реле; 16-тяговое реле; 19-сильфон; 21 –рычаг включения привода; 22- шестерня привода;

23 - упорная шайба; 24 - вкладыш подшипника; 25-храповичная муфта свободного хода; 26-промежуточная опора; 27- манжета; 29-вкладыш промежуточного подшипника; 30-якорь электродвигателя; 31 – коллектор