第三章-起动机

第三章起动机第一节概述第二节直流串激式电动机第三节起动机的特性第四节起动机基本参数的确定第五节起动机的控制装置第一节概述一、发动机的起动方式人力起动它是用手摇或绳拉，属于最简单的一种。辅助汽油机起动这种方式在汽车上不采用，只在大功率的拖拉机柴油机，如东方红一75等上采用。电力起动机起动它是由直流电动机通过传动机构将发动机起动。它具有能源方便，操作简便，体积小，质量轻，安全可靠，起动容易而迅速，又具有重复起动的能力，所以在现代汽车上已广泛采用。二、起动机的作用发动机是靠外力起动的。通常把汽车发动机曲轴在外力作用下，从开始转动到怠速运转的全过程，称为发动机的起动。起动机的作用就是将电能转变为机械能，带动发动机曲轴旋转，使发动机起动。发动机起动后，起动机立即停止工作。三、起动机的组成起动机都是由直流串激式电动机、传动机构和控制装置三大部分组成。直流串激式电动机的作用是将蓄电池的电能转换为机械能，产生转矩。传动机构又称离合器、啮合器。它的作用是在发动机起动时使起动机小齿啮入飞轮齿环，将起动机的转矩传递给发动机曲轴；在发动机起动后又能使起动机小齿轮与飞轮齿环自动脱开。传动机构分滚柱式、弹簧式、摩擦片式等。控制装置也就是开关，它的作用是接通和切断电动机与蓄电池之间的电路。有些汽车上的控制开关，还具有接入和除去点火线圈附加电阻的作用。四、对起动机的要求1、起动机小齿轮与发动机飞轮齿环啮合要容易，不发生冲击。2、发动机起动后，起动机小齿轮应自动退出，不得再与发动机飞轮齿环啮合。3、结构应简单，工作要可靠，使用方便，起动迅速。注意：发动机能否迅速、方便、可靠地起动，是评价起动机性能好坏的重要指标之一。第二节直流串激式电动机一、直流串激式电动机的构造直流串激式电机主要由：电枢磁极端盖机壳电刷刷架等部件组成。1、电枢的构成电枢由电枢绕组、换向器、电枢轴等部件组成。l）电枢绕组为了得到较大的转矩，其电枢电流很大（一般汽油机200A～600A，柴油可达1000A），因此电枢绕组都是用较粗的矩形截面的裸铜线绕制而成。电枢绕组多采用波绕法。2）换向器换向器由铜片和云母片相间叠压而成。换向器的作用是把通入电刷的直流电流转变为电枢绕组中导体所需的交变电流。3）电枢轴除固装电枢铁芯及换向器以外，还伸出一定长度的花键部分，以便套装离合器总成。2、起动机的磁极为了增大起动转矩，起动机一般有四个磁极。四个磁场绕组所产生的磁场是相互交错的。四个磁极的磁路2、起动机磁极（两种接法）图（a）是绕组的串联接法，如解放CA10B用的ST8B起动机图（b）是先两个串联后再并联，如黄河JN150型汽车用的ST614型起动机就是这种接法。这种接法可以在导线截面积相同的情况下增大起动电流，提高起动转矩。2、起动机磁极（两种接法）2、起动机磁极（两种接法）每个磁极上套装的激磁绕组亦为矩形截面的铜条，外包绝缘层，按一定绕向连接后使S级与N极相间排列。3、电刷及刷架电刷用铜与石墨粉压制而成，呈红棕色，一般含铜80～90％，石墨10％～20％。刷架多制成框式，正极刷架与端盖绝缘地固装，负极刷架直接搭铁。刷架上装有弹力较大的盘形弹簧。4、机壳机壳的一端有四个检查窗口，中部只有一个电流输入接线柱，并在内部与激磁绕组的一端相联接。5、前、后端盖前端盖一般用铜板压制而成，电刷装在前端盖内。后端盖为灰铸铁浇制成缺口杯状。它的中心压装着青铜石墨轴承或铁基含油轴承，外围有2或4个组装螺孔。后端盖上面有拨叉座，盖口有突缘和安装螺孔，还有装中间轴承板的螺钉孔。二、电力起动机的工作原理电力起动机的工作原理是根据根据带电导体在磁场中受到电磁力作用这一理论。磁场中带电导体的运动方向可以根据左手定则进行判断。根据通电线匝在磁场中将产生电磁转矩的理论，就可以制成实用的直流电动机。二、电力起动机工作原理（图）三、直流电动机的转矩电枢上的电磁转矩大小的计算公式如下：amaICIapZZDFM22三、直流电动机的转矩式中，p为极磁对数Z为电枢导体总数D为电枢的直径Ia为电枢电流a为电枢绕组的支路对数，当采用波绕法时a=1取决于电动机的构造，为一常数，故称为电机常数。a2pZCm由以上公式可知，电磁转矩的大小与电枢电流Ia及磁极的磁通成正比。amaICIapZZDFM22四、直流电动机转矩自动调节原理1、反电动势直流电动机的电枢在电磁力力矩作用下转，但同时，它又切割磁力线，产生感应电动势，这个电动势的方向恰与电枢电流方向相反，故称为反电动势。其大小为：式中C1——电动常数；n——电枢转速。nCE12、电压平衡方程式外加于电枢上的电压，一部分消耗在电枢电阻上，另一部分则用来平衡电动机的反电动势。即：这是电动机运转时，必须满足的一个基本条件，称为电压平衡方程式。aaRIEU3、电枢电流Ia由反电动势公式和电压电压平衡方程式得到电枢电流的计算公式如下:a1aaRnCUREUI4、电枢电流Ia的物理意义当负荷增大时，转轴上阻力矩也增大，电枢转速降低，而使反电动势E随之减小，电极电流Ia增大，所以电磁转矩M（）也增大。直至电动机的电磁转矩增加到与阻力矩相等为止。这时电动机将在新的负载下以新的较低的转速平稳运转。反之，当负荷减小时，电枢转速升高，反电动势增大，电枢电流减小，电磁转矩也减小，直至与阻力矩相等为止。电动机将在较高的转速下平稳运转。amICM由以上分析可见，当负载变化时，电动机的转速，电流和转矩将会自动作相应变化，以满足负载的需要，这就是直流电动机转矩自动调节的原理。第三节起动机的特性一、转矩特性电动机电磁转矩随电枢电流变化的关系，称为转矩特性。即：对串激直流电动机而言，由于磁场绕组与电枢绕组串联，电枢电流Ia与磁场电流If相同，即Ia=If。)I(fMa1、串激直流电机电路图2、串激直流电机的转矩特性在磁路未饱和时，由于磁通与电枢电流Ia成正比，即，故电动机的电磁转矩为：串激式直流电动机的电磁转矩在磁路未饱和时与电枢电流的平方成正比。在磁路饱和后，磁通几乎不变，电磁转矩与电枢电流成直线关系。转矩特性曲线如下图中M曲线所示。a2IC2aa2amamCIICICICM由以上分析知，直流串激式电动机的特征是起动转矩大，适宜作起动机二、转速特性根据克希荷夫第二定律经推导可知串激直流电动机的转速：1dsaCURIUn电刷接触电压降电枢绕组电阻、磁场绕组电阻、导线电阻、蓄电池内阻1、转速公式的物理意义由上式可知，当Ia增加时，则分子减少，在磁路未饱和时，磁通也增加。于是电动机转速n将随Ia的增加，而显著下降。如图3－8中n曲线所示。起动机的特性曲线2、串激直流电机的转矩特性的特点串激式直流电动机具有轻载转速高重载转速低的软机械特性，能保证发动机既安全又可靠地起动。这是汽车起动机采用直流串激式电动机作为动力的又一个重要原因。三、功率特性串激直流电动机的电磁功率和电枢电流的关系是一对称的抛物线，如图3一8中P线所示。三、功率特性工程上，起动机的功率还可由测量电枢轴上的转矩和转速来确定，即：)kW(3.97nMP三、功率特性综上所述：1、当完全制动时，相当于刚接入起动机的情况，这时n=0，电枢电流Ia达到最大值（称为制动电流），转矩M也达到最大，称为制动转矩。此时功率P=0。2、在起动机空转时，电流Ia最小（称为空载电流），转速n达到最大值，称为空载转速。此时，功率P＝0。3、在电枢电流接近制动电流的一半（Iamax／2）时，起动机的功率达到最大值。四、注意事项起动机运转时间很短，每次工作时间决不允许超过5s，重复起动应停歇1~2min，连续第三次起动应在检查的基础上停歇15min。起动时，允许以最大功率运转，所以常常将起动机最大输出功率作为起动机的额定功率。第四节起动机基本参数的确定选择起动机时必须确定的基本参数:起动机的功率起动机与发动机曲轴的传动比蓄电池的容量一、起动机功率的选择起动机功率的选择，主要取决于发动机的最低转速n0和发动机的起动阻力矩M01、发动机的起动最低转速n0据汽油的雾化条件，当汽车在0℃～20℃时其最小转速一般为35～40r／min。为了在更低温度下能顺利起动，常取最低起动转速为50～70r／min。对于柴油机一般为100～200r／min。2、发动机的起动阻力矩M0发动机的起动阻力矩M0是指在最低起动转速时的发动机阻力矩。它包括三部分：①摩擦力矩。约占全部阻力矩的60％左右。②压缩损失力矩。约占全部阻力矩的25％左右。③驱动发动机附件的驱动阻力矩。约占全部阻力矩的15％。2、发动机的起动阻力矩M0综上可知，发动机的阻力矩主要取决于气缸的工作容积、缸数、压缩比、转速和温度。柴油机的压缩比高，且驱动高压泵等辅助机构的功率消耗也大，因此柴油机的阻力矩几乎比汽油机大一倍。2、发动机的起动阻力矩M00℃时发动机的阻力矩为：M＝CL式中L——发动机的工作容积（L）；C——系数（不同发动机的系数有表可供参考）。二、传动比的选择起动机与发动机之间的传动比如果选择不当，则起动机的功率不能充分利用，发动机启动困难。因此，必须正确选择传动比，以便使起动机在发动机最低启动转速时，能发出最大功率。1、最佳传动比的确定所谓最佳传动比，就是起动机工作在最大功率时所对应的传动比。它可以通过下式确定：发动机最低起动转速最大功率时起动机转速发起nni2、实际传动比的选择实际上，传动比的选择要受飞轮齿环和起动机驱动齿轮的限制。传动比的实际选择往往比最佳值稍小。实际传动比的计算公式如下：起动机驱动齿轮的齿数发动机飞轮齿环的齿数12ZZi2、实际传动比的选择通常起动机驱动齿轮齿数一般为9～13（个别有5～7的）。汽油机中，起动机与发动机曲轴的传动比一般为13～17。柴油机因起动转速较高，传动比较小，一般为8～10。3、蓄电池容量的确定起动机的功率确定以后即可按如下经验公式确定蓄电池的容量：式中Q——蓄电池的额定容量（Ah）P——起动机的额定功率（kW）U——起动机的额定电压（V）UP600~450Q）（第五节起动机的电磁控制装置起动机控制装置的分类起动机的控制装置分为机械式电磁式两种。通常称为起动开关。一、机械式控制装置二、电磁式控制装置1、直接控制式电磁开关（如黄河JN150汽车的起动机电磁开关）2、带起动继电器控制的电磁开关（如东风EQ140汽车的QD124型起动机的电磁开关）1、直接控制式电磁开关2、带起动继电器控制的电磁开关第三章结束