第3节-起动系统的故障及诊断

第三节起动机的使用与故障诊断一、起动机部件的检修二、起动机的试验三、起动系统常见故障及诊断第三节起动机的使用与故障诊断

一、起动机部件的检修

1.磁极绕组的检查

磁场绕组导线截面的面积较大，使用中电流过大，会烧毁绝缘，导致搭铁或匝间短路。一般情况下直观检查就可以发现其故障部位。如果匝间短路，可拆除外表面的纱带，剔除烧坏的绝缘纸，重新镶嵌新的绝缘纸，再用纱带包扎浸漆烘干；如果线圈只出现搭铁故障，则只需用新纱带重新包扎浸漆烘干即可。

断路：测量电阻值--万用表，或低压试灯检查--灯不亮。

匝间短路：若外部完好,无法判断时,可把绕组套在铁棒上放入电枢感应仪中,如图2-27。感应仪通电3-5min后,如绕组发热则表明有匝间短路。

搭铁检查：先将绝缘电刷从绝缘电刷架中取出，并注意不要与机壳相碰,把220V交流试灯的两个触针分别接触起动机的绝缘电刷和机壳,如试灯不亮,表示磁场绕组与机壳绝缘良好;如试灯亮则表明磁场绕组的绝缘损坏而搭铁。图2-27用电枢检验仪检查磁场绕组有无短路

1-感应线圈2-U形铁芯3-被检磁场绕组2.电枢总成的检查

(1)电枢绕组的检查

电枢导线的截面尺寸较大，一般故障可直观检查。断路故障多发生在与换向器的连接处，而短路搭铁故障多发生在线槽中。

短路故障:见图2-28

使用电枢感应仪进行检查:将电枢放在电枢感应仪上,转动电枢,在每个槽上依次试验,若钢片在某一槽上发生振动,则表示有短路故障。

搭铁故障：用欧姆表检查电枢轴和换向器片之间电阻值。

电枢绕组有短路、搭铁故障时,应重新绕制。若电枢中有短路，则在电枢绕组中将产生感应电流，钢片在交变磁场的作用下，在槽上振动，由此可判断电枢绕组中的短路故障。图2-28用电枢检验仪检查电枢绕组有无短路

1-钢片2-被检电枢3-电枢检验仪(2)换向器的检查常见故障：表面烧蚀或失圆。轻微烧蚀可用00号砂布打磨。严重烧蚀或圆度误差大于0.025mm时,应于车光、车圆,但换向器的径向厚度不得小于2mm,否则应予更换。

(3)电枢轴的检查用千分表检查电枢轴是否弯曲。铁心表面对轴线径向跳动应不大于0.15mm,否则说明电枢轴弯曲严重,应予校直。用千分表检查电枢轴是否弯曲。铁心表面对轴线径向跳动应不大于0.15mm，否则说明电枢轴弯曲严重，应予校直。3.电刷与电刷架电刷的高度应不低于新电刷高度的2／3；电刷与换向器的接触面积应在75％以上；电刷在电刷架内应活动自如无卡滞现象。用220V交流试灯检查绝缘电刷架的绝缘情况,如电刷架搭铁,则更换绝缘垫后重新铆合。用弹簧秤检查电刷弹簧压力,应为11.7-14.7N。若压力不够,可将弹簧向与螺旋相反的方向扳动,以增加弹力。若无效时,则应更换。如图:将单向离合器夹紧在虎钳上,用扭力扳手反时针方向转动,应能承受制动试验时的最大转矩而不打滑。否则应拆开,进行修理。图:单向离合器打滑的检查4.单向离合器5.轴承的检修各轴颈与衬套的配合间隙应符合规定。间隙过小,应用铰刀进行铰配;

若间隙过大,应更换衬套,并按规定铰削配合。

6.电磁开关的检查

(1)检查接触盘表面和触点表面轻微烧蚀可用砂布打光,严重烧蚀应修复或更换。

(2)检查吸引线圈和保持线圈用万用表R×1档检查吸引线圈和保持线圈的电阻值。若已断路或有严重短路,应重绕。重绕时应注意导线的直径,匝数以及绕线的方向均应与原来的相同。

（1）空载试验图2-30

目的：测量空载电流和空载转速——与标准值比较，以判断起动机内部有无电路和机械故障。二、起动机的试验试验方法：接通起动机电路,起动机应运转均匀、电刷无火花。记下电流表、电压表的读数，并用转速表测量起动机转速，其值应符合规定。如果①电流>标准值，转速<标准值：表明起动机装配过紧或电枢绕组和磁场绕组内有短路或搭铁故障。②若电流和转速都小于标准值,则表示起动机线路中有接触不良的地方注意：每次试验不超过1min,以免起动机过热。图2-30起动机的空载试验（2）全制动试验

图2-31全制动试验应在空载试验的基础上进行，空载试验不合格的起动机不应进行全制动试验。

目的:测量起动机在完全制动时所消耗的电流(制动电流)和制动力矩，以判断起动机主电路是否正常，并检查单向离合器是否打滑。

试验:记下电流表、电压表及弹簧秤的读数，其值均应符合规定。若制动力矩小于标准值而电流大于标准值，则表明磁场绕组或电枢绕组中有短路和搭铁故障；若力矩和电流都小于标准值，表明线路中接触电阻过大；若驱动齿轮锁止而电枢轴有缓慢转动，则说明单向离合器有打滑现象。图2-31起动机的全制动试验三、起动系统常见故障及诊断（1）起动机不转

①蓄电池、导线连接情况。

②短接接柱4、5,起动机不转→起动机内部：搭接时无火花→起动机内部有断路；若有强烈火花,起动机又不转动→则起动机内部有短路或搭铁之处。起动机空转正常→故障在电磁开关或复合继电器

③短接接线柱4与电磁开关接线柱9：若起动机不转动→电磁开关有故障;

若起动机转动→电磁开关正常,应再检查复合继电器。

④短接继电器“电池”与“起动机”接线柱:

起动机转动→起动继电器有故障。（2）起动机运转无力蓄电池存电良好,线路正常,而起动机运转无力。

原因：

①换向器过脏

②电刷磨损过多或弹力不足使电刷接触不良。

③磁场绕组或电枢绕组有局部短路。

④起动机开关触点烧蚀。

⑤发动机装配过紧或温度过低，转动阻力大。

（3）起动机驱动齿轮与飞轮不能啮合原因:驱动齿轮或飞轮齿环磨损过甚或损坏;开关闭合过早,起动机驱动齿轮尚未啮入时起动机就已旋转。(4)起动机空转

原因：单向离合器打滑。

(5)起动机驱动齿轮与飞轮发生周期敲击

原因：电磁开关中的保持线圈断路、短路或搭铁不良。

（6）单向离合器不回位

原因：起动继电器触点烧结、电磁开关中触点与接触盘绕结或复位弹簧失效。教学重点掌握直流电动机的结构、工作原理，掌握电磁开关的工作原理，掌握起动机的工作特性，掌握起动机的空载试验与全制动实验。1.起动机由三部分组成:

(1)直流串励式电动机:产生转矩将蓄电池输入的电能转换为机械能。(2)传动机构:

起动时,使起动机驱动齿轮啮入飞轮齿环，将起动机转矩传给发动机曲轴；起动后,使驱动齿轮打滑,自动脱开,断开发动机向起动机的逆向动力传递。(3)电磁开关(控制装置)：接通和切断电动机和蓄电池之间的电路，控制起动机驱动齿轮与发动机飞轮的啮合与分离。

1-磁场绕组；2-磁极铁芯；3-起动机外壳；4-磁极固定螺钉；5-换向器；6-转子铁芯；7-电枢绕组；8-电枢轴2、直流电动机的结构图图2-3直流电动机的工作原理a）线匝中电流方向为a→d；b）线匝中电流方向为d→a

从上可知，直流电动机使电枢产生一个恒定方向的电磁转矩。实际直流电动机为产生足够大且稳定的电磁转矩，其电枢用多匝绕组串联而成，相应的换向器铜片也有多片。根据安培定律，可以推导出直流电动机通电后所产生的电磁转矩M与磁极的磁通量Φ由以及电枢电流IS之间的关系：M=CM

Φ

IS

CM为电动机的结构常数，它与电动机磁极时数P、电枢绕组导线总根数Z及电枢绕组电路的支路对数a有关(CM＝PZ／2πa)。(2)直流电动机的工作过程直流电动机通电后,电枢在电磁转矩的作用下旋转,而电枢绕组因切割磁力线而产生电动势,此电动势与电枢电流相反故称为反电动势Ef:电枢回路的电压平衡方程式(电机运转的必要条件):式中Rs为电枢回路的电阻，包括电枢绕组的电阻和电刷与换向器的接触电阻。所以电枢电流Is是：Ce：是电动机结构常数；P电动机磁极时数；Z电枢绕组导线总根数；a电枢绕组电路的支路对数分析：

当电动机的负载增加,电枢轴上阻力矩增大,电枢转速降低,而使反电动势随之减小,电枢电流则增大,因此,电动机转矩将随之增大（M=CM

Φ

IS

）,并且直到电动机的转矩增大到与阻力矩相等时为止,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：当电动机的负载减小,电枢轴上阻力矩减小,电枢转速增加,使反电动势随之增加,电枢电流则减小,因此,电动机转矩将随之减小,并且直到电动机的转矩减小到与阻力矩相等时为止,这时电动机将在新的负载下以新的较高的转速平稳运转。

转矩自动调节原理:

当负载发生变化时,电动机的转速、电流和转矩将会自动地作相应的变化,以满足负载的要求。(3)转矩自动调节原理：3、起动继电器控制起动继电器的作用是用来接通电磁开关线圈的线路，用来保护点火开关触点。起动继电器是一个常开型电磁继电器，其铁芯上的线圈一端搭铁，一端接起动机开关接线柱4，由点火开关控制。蓄电池正极-主接线柱4-电流表-点火开关起动触点-起动继电器点火开关接线柱-线圈-搭铁-蓄电池负极。此时起动继电器触点闭合，接通电磁开关电路。3、起动继电器控制蓄电池正极-主接线柱4-起动继电器的电池接线柱-触点-起动继电器的起动机接线柱-电磁开关接线柱9吸引线圈13-接线柱8-导电片7-主接线柱5-起动机-搭铁-蓄电池负极保持线圈14-搭铁-蓄电池负极此时，两个线圈电流同方向产生合成电磁力将可动铁芯15吸入，拨叉19推出滚柱离合器20，使驱动齿轮21柔和地啮入飞轮齿环。驱动齿轮和飞轮齿环接近完全啮合时，可动铁芯15推动接触盘10将起动机的主电路接通，起动机以正常的转速起动发动机。3、起动继电器控制主电路接通时，吸引线圈13被短路，驱动齿轮的吸合靠保持线圈14。电路是：蓄电池正极-主接线柱4-起动继电器的电池接线柱-触点-起动继电器的起动机接线柱-电磁开关接线柱9-保持线圈14-搭铁-蓄电池负极。当发动机起动后，离合器开始打滑，松开点火开关钥匙即自动转回到点火档位，相当于3断开，起动继电器线圈断电，触电断开，使得电磁开关的两个线圈串联，吸引线圈13流过反向电流，加速电磁力的消失，电路为蓄电池正极-主接线柱4-接触盘10-主接线柱5-导电片7-接线柱8-吸引线圈13-电磁开关接线柱9-保持线圈14-搭铁-蓄电池负极。由于电磁开关电磁力迅速消失，在回位弹簧的作用下，可动铁芯15和推杆11返回，接触盘不与住接线柱4、5接触，起动机断电。最后，拨叉将打滑的离合器拨回，驱动齿轮脱离飞轮齿环，起动机完成起动工作。4、具有驱动保护功能的继电器控制1安全继电器为常闭触点，串联在起动继电器的线圈电路中，用于控制起动继电器线圈电流。K1未打开时电路：蓄电池正极-S1-S2-S-K1-起动继电器线圈3-搭铁-蓄电池负极。安全继电器的两个线圈同时通电时，才使其触点K1打开。安全继电器线圈1由起动开关控制，在接通起动开关是通电，电路为：蓄电池正极-S1-S2-S-线圈1-R2-搭铁-蓄电池负极。安全继电器线圈2由发电机中点电压控制，在发动机起动后，充电指示灯继电器触点K4闭合时通电，电路为：发电机正极A-K4-接线柱L-线圈2-R1-搭铁-蓄电池负极。4、具有驱动保护功能的继电器控制1起动时，电源开关S1、起动开关S2接通．此时安全继电器只有线圈1通电，因而K1保持闭合，于是起动继电器线圈3通电而使K2闭合，接通起动机电磁开关，起动机开始工作。发动机起动后，发电机正常发电，发电机中点电压使充电指示灯继电器触点K4闭合，使安全继电器线圈2通电，此时，如果起动开关还未断开，安全继电器触点K1就会在线圈1、2的作用下断开，使得起动继电器的线圈3断电，触点K2断开，切断起动机电磁开关电路，起动机停止工作。在发动机工作时，如果误接通起动开关，安全继电器两个线圈同时通电，触点K1断开，起动继电器线圈不通电，因此起动机不会工作。5、起动机的工作特性1.特矩特性：是指电动机的电磁转矩随电枢电流变化的关系，即M

=f（IS）M=CmΦIS

与并激式比较：如图2-15

串励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；磁路饱和后，磁通几乎不变，电磁转矩才与电枢电流成线性关系。这是串励式电动机的一个重要特点，即在电枢电流相同的情况下，串励式电动机的转矩要比并励式的大。图2-15转矩特性并激式直流电动机串激式直流电动机(1)磁路未饱和时：

并激式:

Ф=C1Ij,而Ij

为常数，则Ф=C2

电动机转矩:M=CmФIs

=CIs

串激式:Is

=Ij

，Ф=C1Ij

电动机转矩:M=CmФIs=CmC1IsIs=CIs2

(2)磁路饱和后:Ф=常数电动机转矩:M=CmФIs

在电枢电流相同的情况下串激式直流电动机的转矩比并激式直流电动机大。

起动瞬间发动机的阻力矩很大,起动机处于完全制动的情况下,n=0,反电动势Ef＝0。此时电枢电流将达最大值(称为制动电流),产生最大转矩(称为制动转矩),从而使发电机易于起动。

这是起动机采用串激电动机的主要原因之一。2．机械特性

n

=

f(M

)电动机的转速随电磁转矩变化的规律.

由Ef

=CenΦ

，串激式：

分析:磁路末饱和时,由于Φ不是常数,IS

增大时Φ也增大：转速n

随IS的增加而显著下降；同时转矩M正比于电枢电流IS

的平方——串励直流电动机的转速随转矩的增加而迅速下降。2-16直流串激式电动机机械特性软的机械特性：轻载转速高、重载转速低。重载时转速低，电磁转矩大，可使起动安全可靠，这是起动机采用串激式直流电动机的又一原因。

注：串激直流电动机在轻载时转速很高，易造成电机“飞车”事故。因此对于功率较大的串激直流电动机不允许在轻载或空载下运行。3.起动机的功率及其影响因素转矩-转速-功率→电流的关系

(1)起动机的功率:kWMs—起动机输出转矩（Nm）;ns:起动机的转速（r/min）;P—功率（KW）

起动机的功率特性曲线:图2-17

(1)完全制动时,即起动机刚接入瞬间,此时n＝0,电流最大(称为制动电流),转矩也达最大值(称为制动扭矩)。

(2)在起动机空转时,电流Is最小,转速n达最大值(称为空转转速)。

(3)在电流接近制动电流一半时,起动机的功率最大。图2-17起动机的特性曲线图M=CmΦIS在起动机空转时,转速n达最大值(称为空转转速)，电流Is最小。在Is接近全制动电流一半时，输出的功率最大。完全制动时,即起动机刚接入瞬间,此时n＝0,电流最大(称为制动电流),转矩也达最大值(称为制动扭矩)。6、起动机的传动机构

组成：单向离合器、拨叉、移动套筒等。

作用：单方向传递转矩

单向离合器在起动机初期将电动机电磁转矩传递给曲轴；发动机发动后，小齿轮仍处于啮合状态时，单向离合器打滑，避免发动机飞轮带动电枢高速旋转而将电枢绕组甩散。

类型:滚柱式、摩擦片式、弹簧式等。1.滚柱式离合器结构：如图2-8

工作原理：如图2-9

离合器的外壳与十字块之间的间隙为宽窄不同的楔形槽。这种离合器就是通过改变滚柱在楔形槽中的位置来实现离合的。发动机起动时：如图a·····

发动机起动后：如图b·····

特点：结构简单,坚固耐用、工作可靠,但传递较大转矩时容易卡住,不适于大功率起动机,在中、小功率起动机中广泛的应用。1-起动机驱动齿轮；2-外壳；3-十字块；4-滚柱；5-压帽与弹簧；6-垫圈；7-护盖；8-传动套筒；9-弹簧座；10-缓冲弹簧；11-移动衬套；12-卡簧图2-8滚柱式单向离合器单向离合器外壳2与驱动齿轮1连为一体，离合器外壳和十字块3装配后形成四个楔形槽，槽中有四个滚柱4，该柱的直径大于槽窄端又小于槽宽端，弹簧及滚柱5将该滚柱推向槽窄端，使得滚柱与十字块及外壳表面有较小的摩擦力。十字块3与传动套筒8刚性连接，传动套简8安装在电枢轴花键部位，使单向离合器总成可