Электротехника и электрооборудование транспортных и

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНВЕРСИТЕТ
ИНЖЕНЕРНЫЙ ИНСТИТУТ
Кафедра электрификации и автоматизации сельского хозяйства
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ТРАНСПОРТНЫХ
И ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН
Задания и методические указания по выполнению
контрольной работы для студентов высшего образования всех форм
обучения
НОВОСИБИРСК 2015
Электротехника и электрооборудование транспортных и транспортнотехнологических машин: задания и метод. указания по выполнению
контр. работы / Новосиб. гос. аграр. ун-т. Инж. ин-т; сост. А.Т.
Калюжный – Новосибирск: Изд-во НГАУ, 2015. – 8 c.
Утверждены методической комиссией Инженерного института НГАУ.
Рецензент: доцент к.т.н., доцент. Е.И. Гаршина.
Ответственная за выпуск: Е.И. Гаршина
© Калюжный А.Т. 2015
© Новосибирский государственный
аграрный университет, 2015
© Инженерный институт, 2015
Методические указания по выполнению контрольной работы по
дисциплине «Электротехника и электрооборудование транспортных и
транспортно-технологических машин»
«Расчет стартерного пуска двигателя»
Назначение автомобильной аккумуляторной батареи:
 запуск двигателя;
 поддержание стабильного напряжения при изменении оборотов
двигателя и сопротивления нагрузки в широких пределах;
 электроснабжение потребителей при неработающем генераторе
тока.
Основными параметрами стартерных аккумуляторов является
электрическая емкость и максимальная отдаваемая в нагрузку
мощность,
величина
которой
определяется
внутренним
сопротивлением аккумулятора.
Температура электролита влияет на емкость аккумулятора - при
понижении температуры электролита емкость уменьшается примерно на
1 % на каждый градус.При плотности электролита 1,25-1,27 и
температуре ниже -45оС электролит внутри пластин превратится в воду,
которая замерзнет и аккумулятор потеряет емкость.
Изложенное поясняется на рис.1, где по оси абсцисс отложена
температура аккумулятора, а по оси ординат (слева) – емкость
аккумулятора при различной кратности тока разряда (цифры справа
графика). За единицу принят ток разряда, численно равный номинальной
емкости аккумулятора; графики построены для полностью заряженного
аккумулятора.
Рис. 1.
Зависимость
емкости
аккумулятора
от
температуры и
тока разряда
В
процессе
эксплуатации
на
транспортном средстве аккумулятор работает в режиме заряда-разряда,
поскольку при низких оборотах двигателя ток генератора может
оказаться недостаточным для питания всех электрических нагрузок
(обогреватель, вентилятор, аудиоаппаратура и др.), и дефицит мощности
покрывается за счет аккумулятора. Если зимой он оставлен на ночьв
недозаряженном состоянии, то пуск двигателя на следующий день может
оказаться затруднительным. В этом случае температуру внутри
аккумулятора
можно
несколько
повысить,
включив
на
непродолжительное время фары или другую нагрузку.
Мощность, которую аккумулятор способен отдать в нагрузку,
определяется величиной сопротивления нагрузки R и внутреннего
сопротивления rаккумулятора. Максимальная отдача имеет место при R =
r, при напряжении на клеммах, равном половине ЭДС: U = 0,5E. При
этом величина мощности в нагрузке равна потери мощности в
аккумуляторе и составляет: P = U2/R = 0,5ЕI, где I– ток нагрузки.
Внутреннее
сопротивление
аккумулятора
равно
сумме
сопротивлений решетки, активного вещества и электролита.
Сопротивление электролита зависит от концентрации электролита и его
температуры, а сопротивление активного вещества – от степени
сульфатации, которая изменяется при протекании тока разряда или
заряда. Поэтому внутреннее сопротивление аккумулятора непрерывно
меняется в процессе заряда и разряда.
Рис.2 Зависимость
продолжительности
разряда аккумуляторной
батареи от силы тока при
различных температурах:
1 - (+25°C), 2 - (0°C), 3 - (18°С), 4 - (-30°С)
Рис.3. Вольт-амперные характеристики АКБ при различной
температуре электролита.
Мощность, требуемая для пуска двигателя, зависит от момента
сопротивления на валу двигателя и необходимой скорости вращения.Для
запуска карбюраторного двигателя при температуре минус 17 оС скорость
вращения вала должна достигать 60-90 об/мин; для запуска дизеля при
температуре минус 20оС нужна скорость вращения 150-250 об/мин.
Рис.4. Зависимость
минимальных пусковых оборотов
двигателя от температуры пуска:
1 — дизельный двигатель V-образный
8-цилиндровый, 2 — дизельный
двигатель
V-образный
8цилиндровый с пусковой жидкостью
«холод 40», З — карбюраторный
двигатель 4-цилиндровый. 4 —
карбюраторный
двигатель
Vобразный
8-цидиидровый,
5—
карбюраторный двигатель V - об
разный 8-цилиндровый с пусковой жидкостью «Арктика».
Мощность, подводимая к валу двигателя при запуске,
пропорциональна моменту сопротивления и частоте вращения: Р дв =
Мдв(2π∙n/60); мощность выражается в ваттах, если момент – в ньютонах, а
частота вращения – в оборотах за минуту. Так, если момент
сопротивления 100Н и частота вращения 120 об/мин, то полезная
мощность 1256 Вт.
Стартер, подключенный к аккумулятору, можно изобразить в виде
схемы замещения, состоящей из двух источников ЭДС и нескольких
активных сопротивлений, включенных последовательно, рис. 3.
Рис.5. Схема замещения стартера с аккумуляторным питанием
На рис. 5 обозначено: Е1 – ЭДС аккумулятора; R1, R2 иR3 –
соответственно внутреннее сопротивление аккумулятора, сопротивление
соединительных проводов и электрических контактов, сопротивление
обмоток стартера и щеточных контактов; Е2 – противоЭДС стартера,
создаваемая вращением якорной обмотки в магнитном поле статорной
обмотки.
Ток стартера: Ic = (Е1 – Е2)/(R1+R2+R3) = ΔE∙RΣ. Потери мощности
на нагрев:
ΔP = Iс2∙RΣ; полезная мощность, расходуемая на вращение вала двигателя:
Рн = Ic∙ΔЕ = (Е1 – Ic∙RΣ)Ic
При заторможенном стартере Е2 = 0, поэтому ток обмотки стартера
Ic = E1/RΣмаксимальный и вся мощность расходуется на нагрев
аккумулятора, соединительных проводов и обмоток стартера, что может
вызвать их перегрев и повреждение.
На рис. 4 приведены электромеханические характеристики стартера
и аккумулятора при следующих параметрах: Е1 = 12,6 В; RΣ = 15 мОм;
масштаб изображений равен коэффициенту К.
14
E,U,M,P,n
12
1
2
3
10
8
6
4
2
I, A
0
0
200
400
600
800
1000
Рис.
6. Электромеханические
характеристики
стартера
с
аккумуляторной батареей:1 - ЭДС аккумулятора, В, К=1; частота
вращения стартера, об/мин, К = 400; 2 – полезная мощность на валу
стартера, Вт, К = 210;
3 – потери напряжения, В, К = 1; момент на валу стартера, Н, К = 1,67.
Анализируя график на рис. 6, можно сделать следующие выводы.
Ток заторможенного стартера равен 12,6/0,015 =840 А. Максимальная
полезная мощностьP, отдаваемая стартером в нагрузку, имеет место при
Е2 = 0,5Е1, что соответствует току Ic = 420 A, и равнаP = 420х6,3 = 2644
Вт.
Если, к примеру, момент сопротивления М на валу заводимого
двигателя равен 100 Н, то стартер способен вращать его со скоростью
n = P/M = [2644/(2π100)]∙60 = 253мин-1.
что соответствует моменту на валу стартера 6,1х1,67=10 Н и будет иметь
место при коэффициенте редукции равном 100/10 = 10. Если же
коэффициент редукции между оборотами валов стартера и двигателя
равен 25, то нагрузка на валу стартера снизится, его обороты возрастут,
противо-ЭДС реакции якоря стартера также возрастет, ток стартера
уменьшится и уменьшится мощность, отдаваемая стартером в нагрузку.
Так, в рассматриваемом примере приведенный к валу стартера момент
сопротивления двигателя будет равен 4 Н, поэтому ток двигателя будет
примерно 140 А, что соответствует частоте вращения стартера 4000 мин -1,
а вала двигателя 4000/25 = 160 мин-1. Механическая мощность,
отдаваемая стартером в нагрузку, равна 100 (Н)х 2π160/60 = 1675 Вт;
запас по мощности стартера примерно полуторакратный.
Задание для контрольной работы
Определить начальную кратность запаса мощности и возможное
количество 10-секундных запусков при следующих условиях пуска
двигателя:
1. Температура воздуха: 1 – (-10)оС; 2 – (-20)оС; 3 – (-30)оС.
2. Двигатель: 1 — дизельный V-образный 8-цилиндровый, 2 —
карбюраторный 4-цилиндровый. 3— карбюраторный V-образный 8цилиндровый.
3. Активное сопротивление обмоток стартера, мОм: 1 – 10; 2 – 5; 3 – 3.
4. Момент сопротивления на валу двигателя, Н*м: 1 – 50; 2- 100; 3 –
150.
5. Коэффициент редукции передачи
стартер-двигатель выбрать
самостоятельно, исходя из максимальных оборотов стартера 5000
мин-1.
6. Аккумуляторная батарея типа 6СТ60 с начальным зарядом 70% .