66

6 Электрооборудование подвижного состава

Электрооборудование подвижного состава включает источники тока и различные потребители – приборы для пуска двигателя, зажигания (бензиновые и газовые двигатели), внутреннего и наружного освещения, измерения и контроля, за изменением параметров различных систем, и также дополнительную аппаратуру.

Для питания приборов и аппаратуры используется постоянный ток с номинальным (минимальное напряжение, при котором все приборы работают без каких либо отклонений) напряжением 12В (автомобили с бензиновыми (газовыми) двигателями) или 24В (автомобили с дизельным двигателем). Поскольку на автомобилях используется однопроводная система, то все потребители подключены параллельно как между собой, так и к источникам тока. Вторым проводником электрического тока является металлические части автомобиля, называемые корпусом (массой).

В автомобилестроении в последнее время наблюдается тенденция усложнения электрооборудования автомобилей не только за счет роста числа электрических приборов, но и за счет применения самостоятельных электронных систем с микропроцессорами или микро ЭВМ (электронная система впрыска топлива, антиблокировочная тормозная система и др.)

В зависимости от выполняемых функций электрическое и электронное оборудование автомобилей можно подразделить на следующие системы:

• электроснабжения;

• пуска;

• зажигания;

• освещения и сигнализации;

• автоматического управления двигателем и трансмиссией;

• электронного управления автомобилем и безопасности движения;

• информации и диагностики;

• оборудования для повышения комфорта водителя и пассажиров.

Следует отметить, что это деление весьма условно, так как, например, бортовой компьютер выполняет функции сразу нескольких систем.

6.1 Источники тока.

К источникам тока, обеспечивающим электрической энергией все потребители относятся генератор и аккумуляторная батарея.

Основным источником тока на автомобили является генератор, который преобразует механическую энергию получаемую от двигателя в электрическую. Генератор питает все потребители, а также служит для заряда аккумуляторной батареи. Аккумуляторная батарея предназначена для питания электрического стартера при пуске двигателя, потребителей при неработающем двигателе или когда их мощность превышает мощность генератора.

6.1.1 Аккумуляторные батареи.

Аккумулятор представляет собой устройство, преобразующее электрическую энергию в химическую при заряде и химическую в электрическую при разряде.

Наибольшее распространение на автомобилях получили кислотные стартерные батареи, которые кратковременно могут обеспечить силу тока 300…2000 А.

Рассмотрим маркировку аккумуляторных батарей на примере:

6СТ-60ЭМ-Н

6 – количество аккумуляторов;

СТ – стартерная, обеспечивает большую силу тока;

60 – емкость в А∙ч при температуре электролита +25˚С и времени разряда 20 ч;

Э – материал моноблока, эбонит (Т - термопласт);

М – материал сепаратора, мипласт (Р – мипор, МС – мипласт+стекловолокно);

Н – батарея несухозаряженная, отсутствие буквы - сухозаряженная.

А ккумуляторная батарея – это совокупность шести последовательно соединенных элементов (рис. 6.1).

Рисунок 6.1 Принципиальная схема аккумуляторной батареи: 1 – моноблок; 2 – отсек; 3 – перегородка; 4 – отрицательные пластины; 5 – положительные пластины; 6,7 – полюсные наконечники; 8 – сепараторы.

Каждая пластина представляет собой решётку, отлитую из свинца с примесью (7…8%) сурьмы. Ячейки решетки положительных пластин заполнены активной массой из PbO₂, отрицательных – из губчатого свинца Pb.

Между пластинами находятся сепараторы, изготовленные из диэлектрика, который является прозрачным для электролита.

В качестве электролита используется раствор чистой серной кислоты H₂SO₄ в дистиллированной воде. Плотность электролита в зависимости от климатических условий должна быть в пределах 1,23…1,31 г/см³ (большие значения для холодного климата), для умеренного климата – 1,27 г/см³.

Действие аккумулятора основано на явлении поляризации электродов при электролизе. Поляризация – создание разности потенциалов между электродами – происходит в процессе заряда. При этом электроны перемещаются от отрицательной пластины к положительной, а при разряде – в обратном направлении. Химические процессы наиболее достоверно описывает теория двойной сульфатации:

анод катод электролит разряд анод катод вода

P bO₂ + Pb + 2H₂SO₄ PbSO₄ + PbSO₄ + 2H₂O

заряд

При разряде плотность электролита падает на 0,16 г/см³. ЭДС свинцового аккумулятора ориентировочно можно определить по эмпирической зависимости

Е = 0,84 + γ

где γ – плотность электролита, г/см³.

Следует отметить, что нельзя допускать глубокого разряда аккумулятора, так как может произойти сульфатация – образование крупных труднорастворимых кристаллов сернокислого свинца (сульфата) PbSO₄ белого цвета на поверхности пластин.

6.1.2 Генератор.

На автомобилях применяют генераторы постоянного или переменного тока. В настоящие время автомобили выпускаются в основном с генераторами переменного тока.

Генератор переменного тока представляет собой трехфазную синхронную электрическую машину, состоящую из двух частей – статора и ротора. Статор состоит из кольцеобразного сердечника набранного из тонких листов электротехнической стали. Внутренняя поверхность статора имеет пазы, в которых помещается восемнадцать катушек статорной обмотки, соединенные между собой по шесть последовательно и образующие три фазовые обмотки 3 (рис.6.2). Эти обмотки соединяются по схеме «звезда», реже «треугольник». Концы фаз выводятся на выпрямитель 5, размещенный внутри корпуса генератора.

Ротор представляет собой вращающийся электромагнит постоянного тока, служит для образования магнитного потока, состоит из двух полюсных наконечников каждый с шестью клювообразными выступами. Между полюсами находится цилиндрическая обмотка возбуждения 4. Концы обмотки припаяны к контактным кольцам 1, расположенным на валу ротора.

Рисунок 6.2 Принципиальная электрическая схема генератора переменного тока: а – генераторная установка, б – графики напряжения, 1 – кольца, 2 – щетки, 3 – обмотка статора, 4 – обмотка возбуждения, 5 – выпрямитель, 6 – регулятор напряжения, 7 – аккумуляторная батарея, 8 – выключатель зажигания

Ток на обмотку возбуждения поступает через щетки 2 и кольца 7 с регулятора напряжения (РН) 6.

При вращении ротора магнитное поле, пронизывающее катушку статора меняет свое направление, т.к. северный и южный клювообразные выступы сменяют друг друга, в результате индуцируется переменная ЭДС.

В бортовой сети автомобиля необходим постоянный ток, поэтому переменный ток генератора преобразуется выпрямителем в постоянный.

Трехфазная мостовая схема выпрямителя содержит шесть кремниевых диодов VД1…VД6, которые объединены в две группы. В одной группе – VД2, VД4 и VД6 – все аноды соединены между собой и образуют отрицательный полюс выпрямленного напряжения. В катодной группе – VД1, VД3 и VД5 все катоды соединены между собой и образуют положительный полюс выпрямленного напряжения. Выпрямленное напряжение U_d представляет собой сумму напряжений трех фаз и имеет пульсирующий характер. Для сглаживания пульсации служит конденсатор С1.

Напряжение, вырабатываемое генератором, зависит от скорости изменения магнитного поля пронизывающего витки обмотки статора. Скорость в свою очередь зависит от двух параметров – частота вращения ротора и величина магнитного поля. Частота вращения ротора зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя, магнитное поле зависит от силы тока через обмотку возбуждения, определяемую регулятором напряжения.

Для того, чтобы напряжение в бортовой сети не меняло своего значения при увеличении частоты вращения двигателя РН снижает силу тока обмотки возбуждения.

Любой регулятор напряжения совместно с генератором представляет собой замкнутую систему автоматического регулирования. Как правило, регуляторы работают по принципу компенсационного регулирования, основанному на использовании отклонения регулируемой величины от заданного значения. Напряжение в бортовой сети поддерживается в пределах 13,7…14,2 В (для регионов с умеренным климатом).

Ф ункциональная схема регулятора (рис 6.3) состоит из измерительного элемента (элемента сравнения) – пружины или стабилитрона 1, регулирующего органа 2 (контакты регулятора, транзисторы, обмотка реле), объекта регулирования (напряжение генератора) 3, обратной связи (делителя напряжения обмотки реле) 4.

Рисунок 6.3 Блок-схема регулирования напряжения генератора: х_а – эталонный сигнал, х_г – команда органу регулирования, х_m – ток возбуждения, х₁, х₂ – возмущающие факторы (частота вращения ротора, нагрузка), х_s – регулируемый параметр, х_е – пропорциональный контрольный сигнал