Máy khởi động là cơ cấu sinh momen quay và chuyền cho bánh đà của động cơ. Đối với từng loại động cơ mà các máy khởi động điện có thể có kết cấu cũng như đặc tính khác nhau , nhưng nói chúng thường cấu tạo bởi các bộ phận sau đây.
2.2.2.1. Cơng tắc từ
Rơle kéo có hai cuộn dây: Cuộn dây hút 11(Wh) và cuộn dây giữ tác động và cặp tiếp điểm 5 đóng, lúc này cả hai cuộn dây trên đều có dịng điện chảy qua, từ thông sinh ra trong hai cuộn dây đó tác dụng cùng chiều và có tác dụng hút lõi thép 13. Lúc này đĩa tiếp xúc bằng đồng 8 chưa nối các tiếp điểm 7, 9 và 10 cho nên phần ứng 15 (M) và cuộn dây kích từ 16 (WKT) được đấu với ắcquy thông qua cuộn dây hút 11 (Wh) trong trường hợp này tương ứng với K1 kín cịn K2 hở, vì vậy trị số điện áp đặt lên động cơ không lớn sẽ làm cho
trục động cơ xoay đi một goác nhỏ tạo điều kiện cho bánh răng khởi động cơ thể tự lựa tốt hơn trong quá trình đi vào ăn khớp với vành bánh răng bánh đà.
Khi tiếp điểm 9-10 kín, trong trường hợp này tương ứng với K1 và K2 đều kín, cuộn dây hút 11 (Wh) bị nối tắt, động cơ điện khởi động được nối trực tiếp với ắc quy, điện áp đặt lên động cơ khởi động bằng trị số định mức, làm cho qúa trình khởi động thực hiện được một cách dễ dàng
Hình 2.9 Cơng tắc từ 1 Cuộn hút 5 Bi thép
2 Cuộn giữ 6 Lị xo hồn lực 3 Tiếp điểm chính 7 Trục lõi 4 Lò xo dẫn động 8 Lõi
Cơng tắc từ có chức năng là kéo và đẩy bánh răng bendix ra khi đề, nó có tác dụng như cơng tắc đóng mở dịng điện cho động cơ điện
Khi khởi động động cơ công tắc từ thực hiện theo 3 bước: B1: Hút
B3: Hồi vị
Giai đoạn 1: Hút
Hình 2.10 Giai đoạn hút của cơng tắc từ
Khi khố điện ở vị trí Star lõi của công tắc từ được hút bởi sức từ động của cuộn hút và cuộn giữ.
Công tắc ở vị trí Star → Dịng điện qua cuộn hút và cuộn giữ→ Cuộn hút và cuộn giữ sinh từ→ Lõi bị hút vào→ Tiếp điểm chính đóng→ Bắt đầu quay.
Khi tiếp điểm chính đóng, động cơ điện quay để khởi động động cơ. Khi tiếp điểm chính đóng lõi được giữ bằng sức từ động của cuộn giữ.
Tiếp điểm chính đóng →Cuộn hút bị ngắt điện→ Chỉ có cuộn giữ làm việc→ Động cơ điện quay→ Động cơ khởi động.
• Giai đoạn 3: Hồi vị
Khi động cơ đã nổ, trả cơng tắc máy về vị trí off. Lõi trả về làm tiếp điểm hở ra, máy khởi động ngừng quay.
Công tắc từ khởi động ở vị trí off→ Cuộn hút và cuộn giữ có dịng điện→ Lực từ của hai cuộn khử nhau→ Lõi trở về nhờ lị xo hồn lực→ Tiếp điểm chính hở→ Ngừng quay < kết thúc>.
2.2.2.2. Phần ứng và ổ bi
Hình 2.11 2.2.2.2. Phần ứng và ổ bi 1 Ổ bi 3 Cổ góp 1 Ổ bi 3 Cổ góp
2 Khung dây phần ứng 4 Lõi phần ứng
Phần ứng và ổ bi có chức năng sinh ra mơ men đồng thời giữ cho đông cơ điện ở tốc độ cao.
2.2.2.3. Phần Cảm
Phần cảm có chức năng tạo ra từ trường cần thiết cho động cơ điện và là chỗ bố trí cuộn dây kích từ, lõi cực của nó đồng thời là nơi đi qua của đường sức
Cả cực và lõi cực được chế tạo bằng lõi sắt, nghĩa là chúng dễ dàng dẫn từ.
Có 3 kiểu đấu dây cuộn kích: Nối tiếp, song song và hỗn hợp. • Phần cảm
• Chổi than • Lõi cực
• Cuộn dây kích từ.
Hình 2.12 Phần cảm 1 Lõi cực 3 Chổi than 1 Lõi cực 3 Chổi than 2 Phần cảm 4 Cuộn dây kích từ
2.2.2.4. Chổi than và giá đỡ chổi than
Hình 2.13 2.2.2.4. Chổi than và giá đỡ chổi than 1 Giá đỡ chổi than 3 Lò xo chổi than 1 Giá đỡ chổi than 3 Lò xo chổi than
2 Khung nối mass 4 Chổi than
Chổi than và giá đỡ chổi than cho phép dòng điện chạy qua phần ứng một chiều, đồng thời giữ ổn định lõi ép chổi than
Chổi than được chế tạo bằng hợp kim đồng và cacbon <60÷70 đồng>. Cho phép dẫn nhiệt tốt và chống mòn.
Lực của lò xo chổi than ép chổi than ngăn roto quay quá nhanh. Làm roto ngừng ngay khi ngắt đề.
2.2.2.5. Hộp số giảm tốc
1 Bánh răng phần ứng 4 Bánh răng ly hợp 2 Bánh răng trung gian 5 Ổ lăn
3 Ổ lăn
Hộp số giảm tốc làm nhiệm vụ truyền mô men của motor và giảm tốc độ của chúng để tăng mômen
Tỷ số truyền của hộp số giảm tốc từ 1/3 ÷ 1/4. Có ly hợp một chiều được lắp bên trong. Bánh răng phần ứng
Bánh răng phần trung gian Bánh răng ly hợp 2.2.2.6. Ly hợp 1 chiều Hình 2.15 Ly hợp 1 chiều 1 Chốt trụ 5 Bánh răng bendix 2 Lò xo 6 trục bendix 3 Bi đũa 7 Lị xo hồn lực 4 Bánh răng Ly hợp
Khi động cơ đang khởi động, một áp lực lớn đặt lên mặt tiếp xúc lên răng của bánh răng bendix và vòng răng bánh đà. Một khi động cơ đã nổ, hoạt động của bộ ly hợp quá tốc <ly hợp một chiều>. Làm bánh đà quay trơn bánh răng bendix và momen từ bánh đà của động cơ không thể truyền đến máy khởi động.
Áp suất trên bề mặt răng của bánh răng trở nên nhỏ hơn, cho phép bánh răng bendix dễ ra khớp với bánh đà
Ly hợp một chiều truyền momen quay của động cơ điện đến động cơ quay bánh răng bendix.
Ngăn chặn sự truyền ngược lại khi động cơ đã nổ.
Bi đũa được đặt bên trong hộp truyền động, cho phép bánh răng bendix quay trơn theo chỉ một chiều.
2.2.2.7. Bánh răng bendix và trục xoắn ốc
Hình 2.16 2.2.2.7. Bánh răng bendix và trục xoắn ốc 1 Bánh răng bendix 4 Trục bendix 1 Bánh răng bendix 4 Trục bendix
2 Chốt trục 5 Bánh đà 3 Khớp xoắn ốc
Bánh răng bendix và trục xoắn ốc truyền momen của khởi động cho động cơ.
Đưa bánh răng bendix ăn khớp với vòng răng bánh đà. Giúp bánh răng bendix vào khớp và ra khớp.
Bánh răng bendix được vát mặt để dễ vào khớp với vòng răng bánh đà. Trục xoắn chuyền lực quay của động cơ điện thành lực đẩy bánh răng. Tỉ số truyền của cặp bánh răng: Bánh răng của máy khởi động và vành bánh răng bánh đà của động cơ ôtô thường chọn bằng (i=9-18). Để tránh hiện tượng cắt chân răng ở bánh răng của bánh răng này thường chọn từ 9 đến 11 răng. Để hạn chế kích thước của vành bánh răng bánh đà đối với một số động cơ điện khởi động cơng suất lớn thường có thêm bộ truyền bánh răng trung gian.
Bộ truyền này có thề là một cặp bánh răng trụ hoặc bộ truyền bánh răng hành trình.
Khớp truyền động là cơ cấu truyền mơmen từ động cơ điện của máy khởi động (MKĐ) đến vành bánh răng bánh đà của động cơ ôtô. Với tỷ số truyền trên bánh răng của MKĐ phải quay 10 hoặc 20 vòng để kéo vành bánh răng bánh đà quay được 1 vòng. Khi hoạt động, tốc độ của rôto động cơ điện đạt trị số trong khoảng (2000-3000) vòng/phút sẽ kéo trục khuỷu của động cơ ôtô quay khoảng 200 vịng/phút đủ cho động cơ ơtơ khởi động được.
Sau khi động cơ đã nổ, số vịng quay độc lập của nó có thể lên đến (3000- 4000) vòng/phút. Nếu lúc này bánh răng của động cơ điện trong MKĐ còn ăn khớp với vành bánh răng bánh đà, rôto của động cơ điện trong MKĐ sẽ bị cuốn theo với vận tốc (3000-4000) vòng/ phút. Với tốc độ lớn như vậy, lực li tâm do nó tạo ra cực mạnh sẽ làm bung tất cả dây quấn ra khỏi rãnh của rôto và phá hỏng cổ góp của động cơ điện trong MKĐ.
Khớp truyền động cơ trong MKĐ có các nhiệm vụ sau:
-Truyền mômen của MKĐ làm quay vành bánh răng bánh đà động cơ ôtô.
-Bảo vệ MKĐ bằng cách tách rôto của động cơ điện khỏi động ra khỏi vành bánh răng bánh đà khi động cơ ôtô đã nổ được. Cơ cấu truyền động được được thiết kế theo hai kiểu:
+ Kiểu văng ra: Khi khởi động, bánh răng của khớp truyền động sẽ văng từ trong rơto ra ngồi để ăn khớp với vành bánh răng bánh đac của đông cơ ôtô.
2.2.2.8. Động cơ điện khởi động.
Động cơ dùng trong hệ thống khởi động là động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp hoặc hỗn hợp.
Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có mơmen khởi động lớn song có nhược điểm là tốc độ không tải (ω0) quá lớn, ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ làm việc của động cơ. Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp tuy mômen khởi động không lớn bằng so với động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp nhưng trị số tốc độ không tải bé hơn.
Khi hệ thống khời động làm việc, dịng điện khởi động có trị số rất lớn (từ 150 đến 300 A đối với động cơ của xe du lịch, với động cơ trên xe vận tải dịng điện khởi động có thể đạt tới 1600-1800). Để đảm bảo truyền được công suất từ động cơ điện khởi động sang động cơ ô tô, tránh tổn thất điện áp trên đường dây nối từ ácquy đến động cơ điện khởi động và ở các chỗ tiếp xúc, yêu cầu điện trở của động cơ điện khởi động và ở các chỗ tiếp xúc, yêu cầu điện trở của động cơ điện khởi động phải đủ nhỏ (khoảng 0,02Ω), sụt áp ở vùng tiếp xúc giữa chổi than va cổ góp của động cơ điện khởi động cho phép trong khoảng (1,5-2)V. Các chổi than tiếp điện của động cơ khởi động thường làm bằng đồng đỏ.
P1=P2*1/η
Trong đó :P2—cơng suất cơ cần thiết để khởi động động cơ ơtơ, W. η ¬_ Hiệu suất của động cơ điện khởi động. Trị số này thường lấy bằng (0,85-0,88).
2.2.3. Nguyên lý hoạt động của máy khởi động:
Nguyên lý hoạt động của máy khởi động dựa trên các nguyên lý sau: Nguyên lý tạo ra mô men
Nguyên lý quay liên tục Lý thuyết trong động cơ điện
2.2.3.1. Nguyên lý tạo ra mô men:
Đường sức từ sinh ra giữa cực bắc và cực nam của nam châm. Nó đi từ cực bắc đến cực nam. Khi đặt một nam châm khác ở giữa hai cực từ, sự hút và sự đẩy của hai nam châm làm cho nam châm đặt giữa quay quanh tâm của nó.
Hình 2.17 Chiều của đường sức từ
Mỗi đường sức từ không thể cắt ngang qua đường sức khác. Nó dường như trở thành ngắn hơn và cố đẩy những đưịng sức gần nó ra xa. Đó là nguyên nhân làm nam châm ở giữa quay theo chiều kim đồng hồ.
Hình 2.18 Các đường sức từ
Trong động cơ điện thực tế phần giữa là khung dây.
Hình 2.19 Khung dây trong từ trường
Khi dịng chạy xun qua khung dây từ thơng sẽ bao quanh khung dây.
Khi chiều của từ trường trùng nhau, đường sức từ trở nên mạnh hơn <dày hơn>.
Khi chiều của từ trường đối ngược thì đường sức từ trở nên yếu đi <thưa hơn>.
Những đường sức cùng chiều trở nên dày, trong khi những đường sức ngược chiều trở nên mỏng.
Lực sinh ra trong khung dây cung cấp năng lượng làm quay động cơ điện.
2.2.3.2. Nguyên lý quay liên tục.
Đặt hai đầu khung dây lên điểm tựa để nó có thể quay. Tuy nhiên khung dây chỉ tiếp tục quay khi lực sinh ra theo chiều cũ.
Hình 2.21 Nguyên lý quay
Khi khung dây có gắn cổ góp và chổi than được quay, dòng điện chạy qua dây dẫn từ sau đến trước phía cực bắc của nam châm. Trong khi dịng chạy từ trước ra sau phía cực nam của nam châm. Điều đó làm khung dây tiếp tục quay.
Hình 2.22 Cổ góp, chổi than 1 Cổ góp 2 Chổi than 1 Cổ góp 2 Chổi than
2.2.3.3. Lý thuyết trong động cơ điện thực tế.
Hình 2.23 Tăng mômen
Trước tiên ta phải quấn nhiều khung để tăng từ thông để sinh ra momen lớn. Tiếp theo ta đặt một lõi sắt bên trong các khung dây cũng nhằm tăng từ thông để tạo ra momen lớn.
Hình 2.24 Tăng từ thơng
Thay vì sử dụng nam châm vĩnh cửu, ta có thể dùng nam châm điện. Để tốc độ của động cơ điện quay cao và quay êm người ta thường dùng nhiều khung dây.
2.2.4. Nguyên lý hoạt động của hệ thống khởi động.
Hình 2.26 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống máy khởi động 1 Máy phát điện 9. Tiếp điểm 1 Máy phát điện 9. Tiếp điểm
2 Bộ tiết chế 10. Tiếp điểm
3 Công tắc khởi động 11. Cuộn dây hút của Rơle kéo 4 Rơle khởi động 12. Cuộn dây giữ của Rơle kéo 5 Tiếp điểm 13. Lõi thép của rơle kéo 6 Biến áp đánh lửa 14.Bánh răng ăn khớp
7 Tiếp điểm 15. Phần ứng của ĐC điện khởi động 8 Đĩa tiếp điện bằng đồng 16. Cuộn dây kích từ
Hình 2.27 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy khởi động
Nguyên lý làm việc HTKĐ
Khi quay chìa khố trong ổ khố khởi động (công tắc) 3 sang bên phải (hoặc nhấn nút khởi động nếu có trên ơtơ), cuộn hút của rơle khởi động 4 có điện, rơle kkởi động tác động cặp tiếp điểm 5 của nó đóng lại. Khi đó cuộn dây hút 11, cuộn dây kích từ 16 và phần ứng 15 của động cơ điện khởi động được cấp điện theo mạch từ cực dương ắcquy (+A) →cặp tiếp điểm 5 của rơle khởi động → cuộn hút 11 của rơle → cuộn dây kích từ 16 của động cơ điện khởi động → phần ứng 15 của động cơ điện khởi động→ mát (vỏ máy). Còn cuộn dây giữ 12 của rơle kéo đựơc cấp nguồn theo mạch từ dương cực ắc quy (+A)→cặp tiếp điểm 5 của rơle khởi động →cuộn giư 12 của rơle kéo → mát máy (vỏ máy). Trong trường hợp này, từ thông sinh ra trong cuộn hút 11 và trong cuộn giữ 12 tác dụng cùng chiều nhau, lực điện từ của rơle kéo sẽ kéo lõi thép 13 chuyển động sang bên trái, cánh tay đòn sẽ làm cho bánh răng khởi động 14 ăn khớp với bánh răng bánh đà động cơ ôtô. Khi bánh răng đã ăn khới với bánh đà của động cơ lõi thép 13 đẩy đĩa tiếp xúc 8 sang trái làm cho tiếp điểm 7, 9, 10 kín. Kết quả là cuộn dây hút 11 của rơle khởi động bị ngăn mạch phần ưng 15 của cuộn dây kích từ của động cơ khởi động được đấu điện trực
tiếp với ắc quy (dịng điện khơng đi qua cuộn hút 11 của rơle khởi động) theo mạch : từ dương cực ắc quy (+A)→ cặp tiếp điểm 9, 10 của rơle kéo → cuộn dây kích từ 16 của động cơ điện khởi động → phần ứng 15 của động cơ điện khởi động → mát (vỏ máy). Sau khi khởi động máy phát 1 phát ra điện dòng điện trong cuộn dâyộn dây 4 của rơle khởi động giảm xuống , vì điện ấp đặt lên cuộn dây 4 của rơle khởi động trong trường hợp này bằng:
URKĐ = Uaq - Ump
Trong đó: URKĐ - điện áp đặt lên cuộn dây 4 của rơle khởi động, V. Uaq - điện áp của bình ácquy, V
Ump- điện áp phát ra của máy phát điện, V.
Vì vậy, rơle khởi động khơng tác động, cặp tiếo điểm 5 của nó ra dẫn đến cuộng đay giữ 12 của rơle kéo khoong được cấp điện, Từ thông tác dụng lên lõi thép 13 giảm xuống đột ngột và dưới lực kéo của lò xo hồi làm cho lõi thép 13 di chuyễn sang bên phải (về vị trí ban đầu). Các tiếp điểm 7, 9 và 10 hở ra, cắt nguồn cấp cho động cơ điện khởi động (phần cảm ứng 15 và cuộn dây kích từ 10 của động cơ điện khở động bị cắt điện).
Tiếp điểm 7 dùng để ngắn mạch điện trở phụ đấu nối tiếp với cuộn dây so cấp của biên áp đánh lửa khi khởi động động cơ ôtô.
Thực hiện khởi động động cơ.
Khi động cơ đã nổ thì tốc độ của nó tăng lên. Nếu người lái chưa kịp ngắt cơng tắc khởi động 2 thì bánh đà quay nhanh hơn lúc được bánh răng khởi động kéo và vành răng bánh đà trở thành chủ động dẫn động bánh răng khởi động quay theo với tốc độ nhanh hơn tốc độ của ly hợp 11. Do đó ly hợp trượt và cho phép bánh răng khởi động quay trơn không ảnh hưởng đến máy khởi động. Khi người lái ngắt cơng tắc khởi động 2 ,dịng kích từ của cuộn dây nam châm