Расчет аккумуляторной батареи

Задание

Определить необходимую емкость аккумуляторной батареи, выбрать ее по каталогу.

Определить главные размеры электродвигателя.

Рассчитать параметры обмотки якоря электродвигателя.

Рассчитать магнитную систему электродвигателя.

Рассчитать параметры обмотки возбуждения.

Рассчитать рабочие характеристики стартерного электродвигателя.

Рассчитать характеристики работы стартера на двигателе Разработать схему управления электростартером.

Графическая часть:

Стартер — конструктивный чертеж.

Расчетные характеристики Электростартер — схема электрическая принципиальная.

Исходныеданные

аккумуляторный батарея электродвигатель стартер

Напряжение бортовой сети: UН = 12 В Номинальная мощность: P2 = 1900 Вт Номинальная частота вращения: nЯ = 1350 об/мин Частота вращения на холостом ходу: nХХ = 4200 об/мин Возбуждение: Последовательное Автомобиль (прототип): Mercedes-Benz.

1. батареи

Электромагнитный КПД, учитывающий влияние магнитных и механических потерь в электродвигателе для Р2 = 1,9 кВт ЭМ = 0,91 (рисунок 1).

Рисунок 1 Зависимость электромагнитного КПД стартерных электродвигателей от номинальной мощности.

Расчетная электромагнитная мощность.

(1.1).

Кратность рабочей силы тока силе тока короткого замыкания в режиме номинальной мощности для двигателя с последовательным возбуждением k = 0,62 (рисунок 2).

Падение напряжения на щетках принимаем постоянным и равным UЩ = 1 В ([2], с. 39).

Расчетная ЭДС в обмотке якоря.

(1.2).

Сила тока в расчетном режиме работы.

(1.3).

Суммарное сопротивление цепи якоря.

(1.4).

Максимальная электромагнитная мощность.

(1.5).

В режиме максимальной электромагнитной мощности (k = 0,5):

; (1.6).

; (1.7).

(1.8).

Номинальная емкость аккумуляторной батареи характеризуется величиной ее относительной энергии LОТН = (UHC20)/Pmax ([2], с. 68), зависимость которой от максимальной расчетной мощности оптимальных по массе электропусковых систем приведена на рисунке 3.

Рисунок 3 Зависимость относительной энергии аккумуляторных батарей от максимальной расчетной электромагнитной мощности (пунктирные кривые при U=12 В).

Из рисунка 3 для Pmax = 2,565 кВт, и t = +25C LОТН = 0,4 Втч/Вт.

Номинальная емкость аккумуляторной батареи.

(1.9).

По полученному значению номинальной емкости выбираем аккумуляторную батарею 6СТ-90, С20 = 85,5 Ач ([3], с. 67).

Сопротивление аккумуляторной батареи принимаем равным.

(1.10).

где аБ = 0,05 при С20 100 Ач.

2.электродвигателя Соотношение мощности и частоты вращения.

(2.1).

Диаметр якоря стартерных электродвигателей для оптимальных по массе электропусковых систем выбирается в зависимости от Q.

Рисунок 4 Зависимости диаметра якоря стартерных электродвигателей от Q при различных температурах.

Из рисунка 4 для Q = 1,444 Вт/мин-1 и t = +25C находим DЯ = 0,077 м.

Диаметр корпуса.

(2.2).

Начальные значения линейной нагрузки якоря А, индукции в воздушном зазоре B и коэффициента полюсного перекрытия находим соответственно из рисунка 5 для Dj = 0,112 м.

Рисунок 5 Зависимость электромагнитных нагрузок стартерных электродвигателей от диаметра корпуса.

Линейная нагрузка якоря (рисунок 5, а) A = 55 000 А/м.

Расчетная индукция в воздушном зазоре (рисунок 5, б) B = 0,87 Тл.

Коэффициент полюсного перекрытия (рисунок 5, в) = 0,65.

Машинная постоянная.

. (2.3).

Длина пакета якоря.

(2.4).

Полюсное деление.

(2.5).

где p — число пар полюсов, для стартерных электродвигателей 2p=4.

Основной магнитный поток на два полюса.

(2.6).

3якоря Пакет якоря для уменьшения потерь на вихревые токи собирается из штампованных пластин листовой электротехнической стали толщиной примерно (1,…, 1,2) мм. Для запрессовки пакета на валу якоря имеется продольная накатка ([2], с. 50).

В стартерных электродвигателях широкое распространение получили волновые обмотки, которые имеют определенные преимущества перед петлевыми обмотками. В волновой обмотке проводники каждой параллельной ветви равномерно распределены под всеми полюсами, поэтому не требуются специальные уравнительные соединения (как в петлевой обмотке) для выравнивания ЭДС в параллельных ветвях, неравенство которых возникает из-за несимметрии магнитной системы машины.

Основным отличием волновой обмотки является то, что число параллельных ветвей не зависит от числа пар полюсов машины и всегда равно двум (2аЯ = 2).

Число активных проводников обмотки якоря.

(3.1).

где аЯ = 1 — число пар параллельных ветвей обмотки якоря.

Число коллекторных пластин K равно числу секций обмотки якоря, а число секций волновой обмотки в стартерных электродвигателях равно числу пазов. Простая волновая обмотка может быть выполнена лишь при определенных соотношениях между числом секций и числом пар полюсов, т. е. результирующий шаг обмотки и шаг по коллектору.

(3.2).

Так как результирующий шаг должен быть выражен целым числом, то простая волновая обмотка может быть выполнена только при нечетном числе пазов и коллекторных пластин, иначе возникают мертвые секции.

Число пазов ZПЗ в четырехполюсных стартерных электродвигателях должно быть нечетным (в пределах 19 … 31) ([1], с. 75). Принимаем ZПЗ = 23. Число витков в секции обмотки якоря.

(3.3).

Соотношение длины пакета якоря и его диаметра.

находится в рекомендованных ([1], с. 75) пределах (0,75 … 1,25).

По формуле (3.2).

откуда первый частичный шаг, определяющий ширину секции по пазам y1 = 12, второй частичный шаг, определяющий расстояние между концом одной и началом следующей секции y2 = y — y1 = 12 — 6 = 6.

Падение напряжения в стартерной сети не должно превышать 2 В на 1000 А, т. е. сопротивление стартерных проводов и массы должно быть меньше 0,002 Ом ([2], с. 39). Принимаем RПР = 0,002 Ом.

Суммарное сопротивление обмотки якоря и последовательной обмотки возбуждения.

RСТ = RЯ — RБ — RПР = 0,012 — 0,007 — 0,002 = 0,003 Ом. (3.4).

Сопротивление обмотки якоря принимаем.

RЯ = 0,6RСТ = 0,590,003 = 0,177 Ом. (3.5).

Средняя длина проводника.

LЯ = lЯ + 1,2ПОЛ = 0,059 + 1,20,06 = 0,131. (3.6).

Сечение проводников обмотки якоря.

(3.7).

где kt — коэффициент, учитывающий изменение сопротивления обмотки якоря при изменении температуры. При первоначальном расчете температурный коэффициент можно принять равным единице;

= 17,8510-9 Омм — удельное сопротивление меди при t = 20C.

По расчетной площади сечения для одновитковых секций выбираем прямоугольный провод с учетом отношения его толщины к ширине.

Расчетная ширина провода.

(3.8).

Выбираем прямоугольный провод толщиной a = 3,0510-3 м, шириной b = 5,510-3 м и площадью сечения SЯ = 15,110-6 м2 ([4], с. 563).

Отношение.

находится в допустимых ([1], с. 76) пределах (0.33 … 0,73).

Плотность тока в обмотке якоря.

(3.9).

меньше допустимого ([1], с. 76) значения 30106 А/м2.

Сопротивление обмотки якоря.

(3.10).

Отношение.

не выходит за рекомендуемые пределы (0,45 … 0,65).

4. паза Форму и размеры паза выбираем из условия максимального его заполнения (для прямоугольного провода выбирают прямоугольный паз). Применяем полузакрытую форму паза, так как в открытых пазах затруднено крепление проводников обмотки якоря.

Рисунок 6 Полузакрытый паз и его размеры с учетом технологических требований.

Радиус закругления провода.

(4.1).

Ширина паза.

(4.2).

где Я = 0,0003 м — толщина изоляции паза.

Ширина прорези.

aПРЗ = 0,6a = 0,63,0510-3 = 1,8310-3. (4.3).

Максимальный диаметр второго участка зубцовой зоны.

(4.4).

где hПРЗ = 10-3 м — высота прорези.

Высота второго участка зубцовой зоны.

(4.5).

Минимальный диаметр второго участка зубцовой зоны.

D2min = D2max — 2h2 = 0,071 — 20,8 125 = 0,055 м. (4.6).

Расстояние между проводниками в пазу.

l = h2 — 2(b — OX). (4.7).

OK = 0,5bПЗ — Я — rПРВ — 0,0001 = 0,54,2510-3-0,310-3-1,410-3-0,0001 = 3,27 210-4.

ON = 0,5a — rПРВ — 0,0001 = 0,53,0510-3-1,410-3-0,0001 = 1,27 210-4.

OX = KN + rПРВ = 0,310-3+ 1,410-3 = 1,710-3.

l = h2 — 2(b — OX) = 8,12 510-3 — 2(5,510-3 — 1,710-3) = 0,5510-3 м.

Минимальный размер зубцовой зоны.

DЯmin = D2min — bПЗ = 0,055 — 0,425 = 0,051 м. (4.6).

5. электродвигателя

Основной магнитный поток Ф составляет только часть потока, проходящего через полюс. Другая его часть Ф, называемая потоком рассеивания, ответвляется в междуполюсное пространство, не проходит через воздушный зазор и поэтому не участвует в преобразовании электрической энергии в механическую.

Рисунок 7 Магнитная система стартерного электродвигателя.

Требуемую для создания расчетного магнитного потока магнитодвижущую силу F обмоток возбуждения определяют суммированием падений магнитного потенциала на отдельных участках магнитной системы. В стартерных электродвигателях выделяют шесть участков:

• — воздушный зазор (длина средней магнитной силовой линии L = 2),
• — зубцовая зона (Lz = 2hz),
• — спинка якоря (Lя);
• — полюс (Lm = 2hm);
• — корпус (Lj);
• — зазор в стыке полюса с корпусом (Lст = 2ст = 0,1 мм).

Расчетные диаметры на трех участках зубцовой зоны (в соответствии с рисунком 8):

Рисунок 8 Полузакрытый паз прямоугольной формы, его форма и размеры.

D1 = 0,5(DЯ + D2max) = 0,5(0,077 + 0,071) = 0,074 м; (5.1).

D2CP = 0,5(D2max + D2min) = 0,5(0,071 + 0,055) = 0,063 м; (5.2).

D3 = D2min — 0,5bПЗ = 0,055 — 0,54,2510-3 = 0,053 м. (5.3).

Высота первого участка зубцовой зоны.

h1 = 0,5(DЯ — D2max) = 0,5(0,077 — 0,071) = 0,003 м. (5.4).

Высота третьего участка зубцовой зоны.

h3 = 0,5bПЗ = 2,12 510-3 м. (5.5).

Высота зубца.

hZ = h1 + h2 + h3 = 0,003 + 0,008 + 0,002 = 0,013 м. (5.6).

Зубцовые шаги по наружному диаметру якоря и в расчетных сечениях зубца:

(5.7).

(5.8).

(5.9).

(5.10).

(5.11).

(5.12).

Ширина зубца в расчетных сечениях:

bZ = tz — aПРЗ = 0,0105 — 0,002 = 0,0085 м; (5.13).

(5.14).

b2max = t2max — bПЗ = 0,972 — 0,425 = 0,547 м; (5.15).

b2CP = t2CP — bПЗ = 0,0086 — 0,425 = 0,435 м; (5.16).

b2min = t2min — bПЗ = 0,0075 — 0,425 = 0,325 м; (5.17).

b3 = t3 — 0,866bПЗ = 0,0072 — 0,8660,425 = 0,352 м. (5.18).

Коэффициент заполнения пакета статора сталью принимаем kСТЛ = 0,95.

Магнитные индукции в расчетных сечениях зубца:

(5.19).

(5.20).

(5.21).

(5.22).

(5.23).

Значение индукции B2max = 2,96 Тл не выходит за рекомендуемые ([1], с. 76) пределы 1,8 … 3,0 Тл.

Зубцовые коэффициенты для расчетных сечений зубца:

(5.24).

(5.25).

(5.26).

(5.27).

(5.28).

Напряженность магнитного поля определяем по зависимостям, приведенным на рисунке 9.

Рисунок 9 Зависимости B = f (H) при различных зубцовых коэффициентах

Для B1 = 1,37 Тл H1 = 1530 А/м.

Для B2min = 1,76 Тл H2min = 6500 А/м.

Для B2CP = 2,21 Тл и kz2cp = 1,1 H2min = 42 000 А/м.

Для B2max = 2,96 Тл и kz2max = 1,43 H2max = 235 000 А/м.

Для B3 = 2,73 Тл и kz3 = 1,15 H3 = 165 000 А/м.

Средняя напряженность на втором участке.

(5.29).

МДС для первого участка.

F1 = 2h1H1 = 20,31 530 = 10 А. (5.30).

МДС для второго участка.

F2 = 2h2H2 = 20,812 568 250 = 1110 А. (5.31).

МДС для третьего участка.

F3 = 2h3H3 = 20,2 125 165 000 = 700 А. (5.32).

МДС для зубцовой зоны.

FZ = F1 + F2 + F3 = 9 + 1110 + 700 = 1720 А. (5.33).

Принимаем длину воздушного зазора = 0,0007 м. Коэффициент воздушного зазора.

(5.34).

МДС для воздушного зазора.

(5.35).

где 0 = 410-7 Гн/м — абсолютная магнитная проницаемость воздуха.

Длина корпуса.

lj = 1,7lЯ = 1,70,059 = 0,1 м. (5.36).

Коэффициент рассеивания магнитного потока k = 1,15.

Площадь расчетного сечения при Bj = 1,3 Тл.

(5.37).

Толщина расчетного сечения.

(5.38).

Диаметр расточки полюсов.

Di = DЯ + 2 = 0,077 + 20,0007 = 0,784 м. (5.39).

Длина полюсной дуги.

bi = ПОЛ + 2 = 0,650,06 + 20,0007 = 0,04 м. (5.40).

Центральный угол полюсной дуги.

(5.41).

Длина полюса.

lm = lЯ — 0,002 = 0,059 — 0,002 = 0,057 м. (5.42).

Площадь сечения полюса при Bm = 1,5 Тл.

(5.43).

Ширина полюса.

(5.44).

Высота полюса.

hm = 0,5(Dj — Di — 2hj) = 0,5(0,112 — 0,078 — 20,0089) = 0,008 м. (5.45).

Высота наконечника.

hHK = 0,3hm = 0,30,008 = 0,0024 м. (5.46).

Длина наконечника.

lHK = 0,5(bi — bm) = 0,5(0,04 — 0,027) = 0,0065 м. (5.47).

Диаметр вала якоря.

DB = 0,3DЯ = 0,30,077 = 0,023 м. (5.48).

Высота сердечника якоря.

hЯ = 0,5(DЯ — DВ — 2hZ) = 0,5(0,077 — 0,023 — 20,013) = 0,014 м. (5.49).

Магнитная индукция в сердечнике:

(5.50).

Магнитная индукция в полюсе:

(5.51).

Магнитная индукция в корпусе:

(5.52).

Магнитные индукции BЯ, BМ, Вj в расчетном режиме не выходят за рекомендуемые пределы 1,0 … 1,7 Тл ([1], с. 76).

Длина средних магнитных линий в сердечнике.

(5.53).

Длина средних магнитных линий в корпусе.

(5.54).

Напряженности магнитного поля в сердечнике якоря, в полюсе и в корпусе определяют по характеристикам намагничивания (рисунок 9).

Для BЯ = 1,3 Тл HЯ = 1300 А/м.

Для Bm = 1,5 Тл Hm = 2250 А/м.

Для Bj = 1,3 Тл Hj = 1300 А/м.

МДС для сердечника.

FЯ = LЯHЯ = 0,31 300 = 39 А. (5.55).

МДС для корпуса.

Fj = LjHj = 0,91 300 = 117 А. (5.56).

МДС для полюса.

Fm = 2hmHm = 20,82 250 = 36 А. (5.57).

Воздушный зазор в стыке полюса с корпусом СТК = 5010-6 м. МДС для воздушного зазора в стыке полюса с корпусом.

(5.58).

Суммарная МДС на два полюса в расчетном рабочем режиме.

F = FZ+FЯ+Fm+Fj+FСТК = 1720+1086+39+36+117+119 = 3117 А.(5.59).

Аналогично рассчитываем МДС на два полюса и для других значений магнитной индукции B в пределах 0,1. 1,0 Тл по формулам (5.19) — (5.23), (5.29) — (5.33), (5.35), (5.50) — (5.52), (5.55) — (5.59). Результаты расчета заносим в таблицу и строим характеристику намагничивания стартерного электродвигателя в режиме холостого хода B = f (F).

Таблица 1.

Результаты расчета кривой намагничивания.

По результатам расчета строим характеристику намагничивания в режиме холостого хода B = f (F).

Рисунок 10 Характеристика намагничивания

6возбуждения С учетом размагничивающего действия реакции якоря МДС возбуждения должна превышать МДС расчетного рабочего режима.

FВЗ = 1,2 °F = 1,23 117 = 3740 А. (6.1).

Выбираем схему стартерного электродвигателя с последовательным возбуждением и попарно параллельным соединением катушек (аС = 2), приведенную на рисунке 11.

Рисунок 11 Схема соединения катушек возбуждения.

Для электродвигателя с последовательным возбуждением число витков в катушке может быть дробным, но обязательно кратным 0,5. Число витков в катушке.

(6.2).

где аС = 2 — число попарно параллельно соединенных катушек.

Сопротивление обмотки возбуждения.

RC = RCT — RЯ = 0,003 — 0,178 = 0,122 Ом. (6.3).

Сопротивление катушки.

(6.4).

где zC = 4 — число катушек.

(6.5).

Максимально возможная ширина катушки.

(6.6).

Средняя длина витка катушки.

LK = 2lm + 2bm + b*K = 20,057 + 20,027 + 0,015 = 0,215 м. (6.7).

Площадь сечения провода.

(6.8).

Высота катушки.

hK = hm — hHK = 0,008 — 0,0024 = 0,0056 м. (6.9).

Витки катушек изолированы электроизоляционным картоном толщиной ИЗ = 0,410-3 м. Снаружи катушки изолированы хлопчатобумажной лентой толщиной 0,25 мм и шириной 15 мм, пропитанной лаком. После пропитки и сушки толщина внешней изоляции катушки составляет ВН = 10-3 м ([2], с. 49).

Ширина провода.

bC = hK — ВН = 0,0056 — 0,001 = 0,0046 м. (6.10).

По рассчитанному значению площади сечения выбираем провод шириной bC = 0,0108 м, толщиной аC = 0,181 м и площадью сечения SC = 19,310=6 м2 ([4], с. 562).

Действительная ширина катушки.

bK = ac + ИЗ(-1) + 2ВН = 0,1 816,5 + 0,410-35,5 + 210-3 = 0,015 м. (6.11).

Уточненное значение сопротивления катушки.

(6.12).

Уточненное значение сопротивления обмотки.

(6.13).

Плотность тока в обмотке возбуждения.

(6.14).

меньше допустимого ([1], с. 76) значения 30106 А/м2.

Уточненное значение суммарного сопротивления обмотки якоря и возбуждения.

RСТ = RЯ + RС = 0,178 + 0,0013 = 0,301 Ом.

Уточненное значение суммарного сопротивления цепи якоря.

RЯ = RCT + Rб + RПР = 0,301 + 0,007 + 0,002 = 0,012 Ом.

7характеристики Сила тока в режиме торможения.

(7.1).

Сила тока в режиме максимальной электромагнитной мощности.

(7.2).

Максимальная электромагнитная мощность.

(7.3).

Параметры, необходимые для построения рабочих характеристик, определяем для нескольких значений силы тока стартера. Ниже приведены результаты расчета для силы тока IЯm = 458 А.

Напряжение на выводах стартера.

UCT = UH — RСТIЯ = 12 — 0,3 458 = 10,6 В. (7.4).

МДС возбуждения на два полюса.

(7.5).

Линейная нагрузка якоря.

(7.6).

МДС поперечной реакции якоря.

Fq = ПОЛА = 0,650,643 546 = 1700 А.

Расчет B* проводим согласно рисунку 12 по данным расчета кривой намагничивания (рисунок 10).

Рисунок 12 Расчет учета размагничивающего действия реакции якоря.

FСР принимаем равным FВЗ = 2977 А.

Fmin = FCP — Fq = 2977 — 1700 = 1277 А.

Fmax = FCP + Fq = 2977 + 1700 = 4677 А.

Из рисунка 10 для FCP = 2977 А BCP = 0,86 Тл, для Fmin = 1277 А Bmin = 0,65 Тл, для Fmax = 4677 А Bmax = 0,97 Тл.

Магнитная индукция в воздушном зазоре с учетом размагничивающего действия реакции якоря.

(7.7).

Магнитный поток ЭДС в обмотке якоря.

EЯ = UH — UЩ — IЯRЯ = 12 — 1 — 4580,012 = 5,5 В.

Частота вращения якоря в режиме максимальной электромагнитной мощности.

(7.8).

Электромагнитная мощность.

P = EЯIЯ = 5,5458 = 2519 Вт. (7.9).

Потери мощности на трение в подшипниках.

(7.10).

Окружная скорость коллектора.

(7.11).

Потери на трение между щетками и коллектором.

PЩ = kТРFЩNЩКОЛ = 0,31 247,53 = 108,4 Вт, (7.12).

где kТР = 0,3 — коэффициент трения ([2], с. 42);

FЩ = 12 Н — сила давления щетки на коллектор;

NЩ = 4 — число щеток.

Суммарные механические потери.

PМЕХ = PПОД + PЩ = 75,6 + 108,4 = 184 Вт. (7.13).

Частота перемагничивания стали.

(7.14).

Диаметр якоря на 1/3 высоты трапецеидального участка зубца от основания.

(7.15).

Зубцовый шаг по этому диаметру.

(7.16).

Ширина зубца.

(7.17).

Магнитная индукция в сечении зубца.

(7.18).

Магнитная индукция в сердечнике якоря.

(7.19).

Масса зубцового слоя.

(7.20).

где СТЛ = 7850 кг/м2.

Масса сердечника якоря.

(7.21).

Соответствующие магнитные потери в зубцовом слое.

(7.22).

где = 1,210-3 м — толщина пластин пакета якоря.

Магнитные потери в сердечнике якоря.

(7.23).

Суммарные магнитные потери.

PМАГ = PZ + PЯ = 85,7 + 39,3 = 125 Вт. (7.24).

Сумма механических и магнитных потерь.

PМ = PМЕХ + PМАГ = 184 + 125 = 309 Вт. (7.24).

Полезная мощность.

P2 = P — PМ = 2519 -309 = 2210 Вт (7.25).

Мощность, подводимая к стартеру.

P1 = UСТIЯ = 10,6458 = 4855 Вт. (7.26).

КПД стартерного электродвигателя.

(7.27).

Электромагнитный момент.

(7.28).

Полезный момент на валу.

(7.28).

Для построения рабочих характеристик повторяем расчет по формулам (7.4) — (7.14), (7,18), (7.19), (7.22) — (7.28) для нескольких значений тока якоря IЯ. Полученные результаты сводим в таблицу 2 и строим рабочие характеристики стартерного электродвигателя.

Таблица 2.

Результаты расчета рабочих характеристик.

8ДВС Пригодность системы электростартерного пуска для двигателя внутреннего сгорания оценивается по условию nnnmin, где nn — пусковая частота вращения коленчатого вала стартером при расчетной минимальной температуре tmin.

Минимальная пусковая частота вращения nmin является наименьшей для заданной температуры частотой вращения коленчатого вала, при которой пуск двигателя обеспечивается за две попытки старта продолжительностью 15 с для дизельных двигателей с интервалами между попытками в 1 мин. Она определяется по пусковым характеристикам, представляющим собой зависимость времени пуска двигателя от средней частоты вращения коленчатого вала.

Частоту вращения коленчатого вала nn для различных условий пуска определяют путем совмещения характеристик, определяющих зависимость момента сопротивления двигателя внутреннего сгорания от частоты вращения коленчатого вала MC.CP = f (nCP) и приведенных к коленчатому валу механических характеристик стартерного электродвигателя M2ПР = f (nCP). Приведение осуществляется по формулам и, где iP и P — передаточное число и КПД механической связи.

Величина среднего момента сопротивления определяется для режима установившегося прокручивания коленчатого вала. За время раскручивания вала вся работа сил трения переходит в тепловую энергию, которая идет на нагрев тонких слоев масла между трущимися поверхностями. Вязкость масла уменьшается. С возрастанием частоты вращения вала сила трения, а, следовательно, и тепловыделение увеличиваются. Время на охлаждение масла уменьшается, поэтому рост момента сопротивления замедляется при увеличении частоты вращения вала — момент сопротивления стремится к постоянной величине. Характер изменения момента сопротивления не зависит от начальной вязкости масла.

С понижением температуры момент сопротивления увеличивается, а механическая характеристика электростартера смещается вниз, поэтому частота вращения коленчатого вала nn уменьшается. Минимальная пусковая частота вращения, обеспечивающая запуск ДВС, с понижением температуры увеличивается. Произведя расчет характеристик MC.CP = f (nCP) и M2ПР = f (nCP) для различных температур, можно построить зависимости nn = f (t C) и nmin = f (t C), точка пересечения которых определяет значение минимальной температуры пуска ДВС для рассчитанной электростартерной системы.

Минимальная температура пуска — это наиболее низкая температура окружающего воздуха, при которой пуск двигателя на основном топливе и при 75% заряженности аккумуляторной батареи осуществляется не более чем за три попытки.

В качестве двигателя внутреннего сгорания выбираем четырехтактный четырехцилиндровый двигатель Mersedes-Benz ОМ 601.911.

Рабочий объем двигателя: Vh = 1997 cм3.

Степень сжатия: 22.

Передаточное число передачи «шестерня стартера — зубчатый венец маховика»:

(8.1).

где mМАХ = 128 — число зубьев маховика;

mСТ = 9 — число зубъев шестерни стартера.

КПД передачи «шестерня стартера — зубчатый венец маховика» ([2], стр. 23): Р = 0,85.

Принимаем, что используется моторное масло М-6В3. Вязкостно-температурные характеристики приведены на рисунке 13.

Рисунок 13 Вязкостно-температурные характеристики моторных масел: 1 — М-8В2; 2 — М-10Г3; 3 — М-6В3.

С уменьшением температуры аккумуляторной батареи увеличивается ее внутреннее сопротивление. Единые расчетные вольт-амперные характеристики аккумуляторных батарей приведены на рисунке 14.

Рисунок 14 Единые расчетные вольт-амперные характеристики аккумуляторных батарей.

Таким образом, получаем таблицу исходных данных для расчета характеристик работы стартерного электродвигателя на ДВС.

Таблица 3.

Исходные данные для расчета характеристик работы стартерного электродвигателя на ДВС.

Для расчета сопротивления аккумуляторной батареи из рисунка 14 находим, что для t = 25 C IКЗ = 1500 А.

Сопротивление аккумуляторной батареи при t = -10 C.

(8.2).

Полное сопротивление стартерной цепи.

RЯ = RCT + R-10 + RПР = 0,301 + 0,011 + 0,002 = 0,016 Ом. (8.3).

Произведя расчет для температур 0, -20 и -30 С, получим таблицу сопротивлений:

Таблица 4.

Зависимость сопротивления от температуры.

По результатам расчета сопротивлений строим скоростные характеристики стартерного электродвигателя, при этом принимаем, что скорость электродвигателя.

(8.4).

где nЯ и IЯ берутся из таблицы 2.

Для построения совмещенных механических характеристик стартера и двигателя рассчитаем приведенные характеристики по формулам.

(8.5).

. (8.6).

Средний момент сопротивления двигателей внутреннего сгорания для дизельных двигателей с количеством цилиндров 4 можно рассчитать по эмпирической формуле.

MCP = (1870 + 2,57n)0,37Vh. (8.7).

Таким образом, произведя расчет по формулам (8.4) — (8.7) для нескольких значений сопротивлений и скорости, получим совмещенные механические характеристики.

Из рисунка 15 получим следующие точки пересечения кривых:

Для t = 0 C nПЕР = 240 об/мин.

Для t = -10 C nПЕР = 200 об/мин.

Для t = -20 C nПЕР = 150 об/мин.

Для t = -30 C nПЕР = 60 об/мин.

Предельная температура надежного пуска находится совмещением полученной зависимости и зависимости минимальной пусковой частоты вращения от температуры. Минимальной пусковой частотой вращения nmin коленчатого вала двигателя называется частота, при которой обеспечивается пуск двигателя за 15 с (для дизелей). Так, для 4-цилиндровых дизелей при t = -17 C nmin = 200 об/мин ([5], стр. 103). Зависимость минимальной пусковой частоты вращения карбюраторных двигателей при использовании масла М-6В3 от температуры приведена на рисунке 16−2.

Рисунок 16 Минимальные пусковые частоты вращения карбюраторных двигателей: 1 и 2 — 4-цилиндровых при применении масла М-8В2 и М-6В3; 3 — 8-цилиндрового.

Так как дизельные двигатели имеют более высокую минимальную пусковую частоту вращения, то значения характеристики необходимо увеличить в 3 раза, в результате чего получим минимальные пусковые частоты вращения дизельного двигателя при использовании масла М-6В3.

Для t = -10 C nmin = 90 об/мин.

Для t = -15 C nmin = 135 об/мин.

Для t = -20 C nmin = 180 об/мин.

Для t = -25 C nmin = 240 об/мин.

Построив найденные зависимости на одном графике, найдем минимальную температуру пуска двигателя, она равна t = -18 C.

Рисунок 17 Определение минимальной температуры пуска двигателя

9. стартером В качестве схемы управления применяем схему с однообмоточным тяговым реле, питание на обмотку которого поступает непосредственно через контакты S выключателя зажигания при повороте ключа в положение «Стартер». Якорь реле втягивается в электромагнит, через рычажный механизм вводит шестерню в зацепление с венцом маховика и в конце хода замыкает силовые контакты К в цепи питания электродвигателя М. Электродвигатель начинает вращаться и проворачивать коленчатый вал ДВС.

После пуска ДВС шестерня от вала стартера отсоединяется обгонной муфтой, а при переводе ключа в положение «Зажигание» якорь отключенного от источника питания тягового реле и приводной механизм под действием пружины возвращаются в исходной положение.

Электрическая схема управления электростартером приведена на рисунке 18.

Рисунок 18 Электрическая схема управления электростартером

Списоклитературы

Теория, конструкция и расчет автотракторного электрооборудования. Учебник для машиностроительных техникумов по специальности «Автотракторное электрооборудование» /Л. В. Копылова, В. И. Коротков, В. Е. Красильников; Под ред. М. Н. Фесенко и др. М. Машиностроение, 1992. 384 с., ил.

Теория, конструкция и расчет автотракторного электрооборудования. Учебник для машиностроительных техникумов по специальности «Автотракторное электрооборудование» /Л. В. Копылова, В. И. Коротков, В. Е. Красильников; Под ред. М. Н. Фесенко и др. М. Машиностроение, 1979. 344 с., ил.

Электрическое и электронное оборудование автомобилей/ С. В. Акимов, Ю. И. Боровских, Ю. П. Чижков. М.: Машиностроение, 1988. 280 с.: ил.

Сергеев П. С. Проектирование электрических машин. Изд. 3-е переработ. М.: Энергия, 1969. 632 с.

Ютт В. Е. Электрооборудование автомобилей: Учеб. для студентов вузов. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Транспорт, 2000. 320 с.

Чижков Ю.П., Акимов С. В. Электрооборудование автомобилей. Учебник для ВУЗов. М.: Издательство «За рулем», 1999. 384 с., ил.

Стандарт предприятия. Общие требования к оформлению пояснительных записок и чертежей. СТП-1-У-НГТУ-98. / НГТУ, Нижний Новгород, 1998 г.

Размещено на Allbest.ru