Yờu cầu, phõn loại mỏy khởi động

60 Φ (Φ max Φ min)

3.2.1 Yờu cầu, phõn loại mỏy khởi động

3.2.1.1 Yờu cầu kỹ thuật đối với hệ thống khởi động

Mỏy khởi động phải quay được trục khuỷu động cơ với tốc độ thấp nhất mà động cơ cú thể nổ được.

Nhiệt độ làm việc khụng được quỏ giới hạn cho phộp. Phải bảo đảm khởi động lại được nhiều lần.

Tỷ số truyền từ bỏnh răng của mỏy khởi động và bỏnh răng của bỏnh đà nằm trong giới hạn (từ 9 đến 18).

Chiều dài, điện trở của dõy dẫn nối từ accu đến mỏy khởi động phải nằm trong giới hạn quy định (< 1m).

Moment truyền động phải đủ để khởi động động cơ.

3.2.1.2 Phõn loại

Để phõn loại mỏy khởi động ta chia mỏy khởi động ra làm hai thành phần: Phần motor điện và phần truyền động. Phần motor điện được chia ra làm nhiều loại theo kiểu đấu dõy, cũn phần truyền động phõn theo cỏch truyền động của mỏy khởi động đến động cơ.

Motor điện trong mỏy khởi động là loại mắc nối tiếp và mắc hỗn hợp. a. Theo kiểu đấu dõy: Tựy thuộc theo kiểu đấu dõy mà ta phõn ra cỏc loại sau:

Hỡnh 3.2: Cỏc kiểu đấu dõy của mỏy khởi động

b. Phõn loại theo cỏch truyền động: cú hai cỏch truyền động

+ Truyền động trực tiếp với bỏnh đà: loại này thường dựng trờn xe đời cũ và những động cơ cú cụng suất lớn, được chia ra làm 3 loại:

- Truyền động quỏn tớnh: bỏnh răng ở khớp truyền động tự động văng

theo quỏn tớnh để ăn khớp với bỏnh đà. Sau khi động cơ nổ, bỏnh răng tự động trở về vị trớ cũ.

- Truyền động cưỡng bức: khớp truyền động của bỏnh răng khi ăn khớp vào vũng răng của bỏnh đà, chịu sự điều khiển cưỡng bức của một cơ cấu cỏc khớp.

- Truyền động tổ hợp: bỏnh răng ăn khớp với bỏnh đà cưỡng bức nhưng việc ra khớp tự động như kiểu ra khớp của truyền động quỏn tớnh.

+ Truyền động phải qua hộp giảm tốc

Đối với mỏy điện (mỏy phỏt và động cơ), kớch thước sẽ nhỏ lại nếu tốc độ hoạt động lớn. Vỡ vậy, để giảm kớch thước của motor khởi động người ta thiết kế chỳng để hoạt động với tốc độ rất cao, sau đú qua hộp giảm tốc để tăng moment.

Loại này được sử dụng nhiều trờn xe đời mới. Phần motor điện một chiều cú cấu tạo nhỏ gọn và cú số vũng quay khỏ cao. Trờn đầu trục của motor điện cú lắp một bỏnh răng nhỏ, thụng qua bỏnh răng trung gian truyền xuống bỏnh răng của hụp truyền động (hộp giảm tốc). Khớp truyền động là một khớp bi một chiều cú ba rónh, mỗi rónh cú hai bi đũa đặt kế tiếp nhau. Bỏnh răng của khớp đầu trục của khớp truyền động được cài với bỏnh răng của bỏnh đà (khi khởi động) nhờ một relay gài khớp. Relay gài khớp cú một ty đẩy, thụng qua viờn bi đẩy bỏnh răng vào ăn khớp với bỏnh đà.

Một số hóng sử dụng mỏy khởi động cú cơ cấu giảm tốc kiểu bỏnh răng hành tinh như trờn hỡnh 3.4 1. Trục thứ cấp 2. Vũng răng 3. Bỏnh răng hành tinh 4. Bỏnh răng mặt trời 5. Phần ứng 6. Cổ gúp

Hỡnh 3.4: Cấu tạo hộp giảm tốc kiểu bỏnh răng hành tinh 3.2.2 Cấu tạo mỏy khởi động

Trờn hỡnh 3.5 trỡnh bày cấu tạo mỏy khởi động cú hộp giảm tốc, được sử dụng phổ biến trờn cỏc ụtụ du lịch hiện nay.

Hỡnh 3.5: Cấu tạo mỏy khởi động

Mỏy khởi động hiện là cơ cấu sinh moment quay và truyền cho bỏnh đà của động cơ. Đối với từng loại động cơ mà cỏc mỏy khởi động điện cú thể cú kết cấu

cũng như cú đặc tớnh khỏc nhau, nhưng núi chung chỳng thường cú 3 bộ phận chớnh: Động cơ điện, khớp truyền động và cơ cấu điều khiển.

3.2.2 .1 Motor khởi động

Là bộ phận biến điện năng thành cơ năng. Trong đú: stator gồm vỏ, cỏc mỏ cực và cỏc cuộn dõy kớch thớch; rotor gồm trục, khối thộp từ, cuộn dõy phần ứng và cổ gúp điện, cỏc nắp với cỏc giỏ đỡ chổi than và chổi than, cỏc ổ trượt …

3.2.2.2 Relay gài khớp và cụng tắc từ

Dựng để điều khiển hoạt động của mỏy khởi động. Cú hai phương phỏp điều khiển: điều khiển trực tiếp và điều khiển giỏn tiếp. Trong điều khiển trực tiếp, ta phải tỏc động trực tiếp vào mạng gài khớp để gài khớp và đúng mạch điện của mỏy khởi động. Phương phỏp này ớt thụng dụng. Điều khiển giỏn tiếp thụng qua cỏc cụng tắc hoặc relay là phương phỏp phổ biến trờn cỏc mạch khởi động hiện nay.

3.2.2.3 Nguyờn lý hoạt động

Relay gài khớp bao gồm: cuộn hỳt và cuộn giữ. Hai cuộn dõy trờn cú số vũng như nhau nhưng tiết diện cuộn hỳt lớn hơn cuộn giữ và quấn cựng chiều nhau.

Hỡnh 3.6: Sơ đồ làm việc của hệ thống khởi động

Khi bật cụng tắc ở vị trớ ST thỡ dũng điện sẽ rẽ thành hai nhỏnh:

Dũng qua cuộn giữ và hỳt sẽ tạo ra lực từ để hỳt lừi thộp đi vào bờn trong (tổng lực từ của hai cuộn). Lực hỳt sẽ đẩy bỏnh răng của mỏy khởi động về phớa bỏnh đà, đồng thời đẩy lỏ đồng nối tắt cọc (+) accu xuống mỏy khởi động. Lỳc này, hai đầu cuộn hỳt đẳng thế và sẽ khụng cú dũng đi qua mà chỉ cú dũng qua cuộn giữ .

Do lừi thộp đi vào bờn trong mạch từ khiến từ trở giảm nờn lực từ tỏc dụng

lờn lừi thộp tăng lờn. Vỡ thế, chỉ cần một cuộn Wg vẫn giữ được lừi thộp.

Khi động cơ đó nổ, tài xế trả cụng tắc về vị trớ ON, mạch hở nhưng do quỏn tớnh, dũng điện vẫn cũn. Do đú hai bỏnh răng cũn dớnh và dũng vẫn cũn

Lỳc này, hai cuộn dõy mắc nối tiếp nờn dũng như nhau, dũng trong cuộn giữ khụng đổi chiều, cũn dũng qua cuộn hỳt ngược với chiều ban đầu. Vỡ vậy, từ trường hai cuộn triệt tiờu nhau. Kết quả là, dưới tỏc dụng của lực lũ xo, bỏnh răng và lỏ đồng sẽ trở về vị trớ ban đầu.

Đối với xe cú hộp số tự động, mạch khởi động cú thờm cụng tắc an toàn (Inhibitor switch). Cụng tắc này chỉ nối mạch khi tay số ở vị trớ N, P. Trờn một số xe cú hộp số cơ khớ, cụng tắc an toàn được bố trớ ở bàn đạp ly hợp.

3.2.2 .4 Khớp truyền động

Là cơ cấu truyền moment từ phần động cơ điện đến bỏnh đà, đồng thời bảo vệ cho động cơ điện qua ly hợp một chiều.

Hỡnh 3.7: Cấu tạo khớp truyền động 3.2.3 Sơ đồ tớnh toỏn và đặc tớnh cơ bản của mỏy khởi động

3.2.3.1 Sơ đồ tớnh toỏn

Để xỏc định cỏc đặc tuyến cơ bản của mỏy khởi động (chủ yếu là phần động cơ điện), ta khảo sỏt mạch điện của một mỏy khởi động loại mắc nối tiếp. Sơ đồ tớnh toỏn được trỡnh bày trờn hỡnh 3.8.

Hỡnh 3.8: Sơ đồ tớnh toỏn mỏy khởi động

3.2.3.2 Đặc tuyến và đỏnh giỏ hư hỏng thụng qua cỏc đặc tuyến

a. Đặc tuyến tốc độ mỏy khởi động n = f (I)

Sức điện động ngược Eng sinh ra trong cuộn dõy phần ứng khi mỏy khởi

e  B.l.v e  B.l..n.D 60 e  B.l.. P.n 30 e . P.n 30 Trong đú:

B : cường độ từ trường của nam chõm

l: chiều dài khung dõy

v: vận tốc dài khung dõy

P: số cặp cực

: từ thụng qua khung dõy

V .D2 2  .D 2P và .n 30 E ng  N .e  2a NP a.60 . n E ng Ce . n . 

a: số đụi mạch mắc song song trong rotor

Ce: hằng số

Ce= pn/a.60

N: số dõy dẫn trong rotor

E ng n  C e . Từ sơ đồ trờn hỡnh 3.8 ta cú: Ua = Eo – IRa Ukd = Ua – IRkd

Đối với sơ đồ trờn, theo định luật Kirchhoff, ta cú thể viết:

E0 Eng  IRaq IRd IRkd U ch Eng

Trong đú:

 E0 U ch I R

Rd: điện trở dõy cỏp accu

Rkđ: điện trở cỏc cuộn dõy rotor và stator

Uch: độ sụt ỏp trờn chổi than

Uch = 1,3V đối với mỏy khởi động 12V

Uch = 2,5V đối với mỏy khởi động 24V

Eng được xỏc định: E ng E o U ch IR aq IR d IR kd U I.rch E ng n  Ce  E o U Cch e I R

1

Hỡnh 3.9: Đặc tuyến mỏy khởi động

Ở chế độ tải nhỏ, dũng điện qua mỏy khởi động nhỏ và từ thụng của cuộn

kớch phụ thuộc tuyến tớnh vào cường độ dũng điện  KI

n  E0 U ch I R Ce .K.I n  a1

I a2

Vỡ vậy lỳc này tốc độ phụ thuộc vào cường độ dũng điện theo quy luật hyperbol:

Với: a  E0 U ch Ce .K  a2  R Ce .K 

Ở chế độ tải lớn, dũng qua mỏy khởi động lớn và mạch từ bị bóo hũa. Lỳc này

đặc tuyến n = f(I) trở nờn tuyến tớnh:

= const

n = b1 –b2.I

Dũng điện trong mỏy khởi động lớn nhất khi bỏnh răng mỏy khởi động ăn

khớp với bỏnh đà. Lỳc đú Eng = 0 và I = Inm.

b. Đặc tuyến moment kộo M = f (I)

Moment kộo được tạo nờn do lực tỏc dụng tương hỗ giữa từ trường của cỏc cuộn kớch và dũng điện trong cỏc dõy dẫn phần ứng (rotor).

M = FD/2

Trong đú: F: tổng lực tỏc dụng lờn cỏc khung dõy

D: đường kớnh của rotor

F = N.f

với f : lực tỏc dụng lờn một khung

N: số khung cú trong rotor

f B. l. i  B. l. I2a 2a i  I

2 M  N . B . l . I x D