Электрооборудование автомобилей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Электрооборудование атомобилей

электрооборудование стартер генератор аккумуляторный

Задача 4

Условия и задания

1. Модель автомобиля ЗиЛ-130

Условия работы:

время - суток ночь

место работы - за городом

время года - зима

2. Современные аккумуляторы необслуживаемые

3. Стартеры со встроенным планетарным редуктором

4. Генераторы и регуляторы компактной конструкции

Решение

1. Стандартное электрооборудование автомобиля ЗиЛ-130 с контактно-транзисторной системой зажигания[4]:

Напряжение электрической сети 12 В,

АКБ 6СТ-90ЭМ,

генератор Г250-И1 (840 Вт, 60 А)

стартер СТ130-К1 (1,8 кВт),

регулятор напряжения РР350А,

система зажигания контактно-транзисторная;

распределитель зажигания 46.3706

катушка зажигания Б114-Б,

свечи зажигания А11-1.

Суммарная мощность потребителей при заданных условиях - 201 Вт:

- дальний (ближний) свет фар - 100 Вт (80 Вт)

- указателей поворота - 20 Вт;

- сигналов тормоза и заднего хода - 26 Вт;

- отопительной установки (в режиме работы) - 35 Вт .

- фонарь освещения номерного знака - 10 Вт

- задние фонари - 5 Вт

- указатели габаритов автомобиля - 5 Вт

2. Современные аккумуляторы

Необслуживаемые аккумуляторы

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи до сих пор остаются самыми надежными, долговечными и не требующими высоких эксплуатационных затрат химическими источниками тока.

В 70-х годах прошлого, XX века были созданы необслуживаемые свинцово-кислотные батареи, способные работать в любом положении. Жидкий электролит в них заменили гелевым или абсорбированным (впитанным) сепараторами электролитом, батареи герметизировали, а для отвода газов, выделяющихся при заряде или разряде, установили безопасные клапаны. Были разработаны новые конструкции пластин на основе медно-кальциевых сплавов, покрытых оксидом свинца, на основе титановых, алюминиевых и медных решеток.

У обычных кислотных автомобильных аккумуляторов, как известно, основной причиной выхода из строя является понижения уровня электролита. Причиной понижения уровня электролита в аккумуляторе является электролиз воды в процессе электрохимической реакции. Для поддержания работоспособности аккумулятора приходится периодически контролировать уровень электролита в нем и периодически доливать дистиллированную воду.

Необслуживаемые автомобильные аккумуляторы позволяют эксплуатировать их без доливки воды в течение длительного времени. Расход воды у необслуживаемых автомобильных аккумуляторов так мал, что с крышек даже убрали отверстия для доливки воды, а саму крышку герметично запаяли.

Главная особенность этих батарей - отсутствие отверстий для заливки электролита и полная герметичность корпуса (рис.1). В замкнутом пространстве дистиллированная вода почти не испаряется, и в аккумулятор не смогут попасть инородные частицы. В классических батареях уровень электролита понижается благодаря электролизу воды. Этот химический процесс расщепляет воду на водород и кислород.

Рисунок 1. Устройство необслуживаемой АКБ

1 - неразъемная крышка; 2 - крышка вывода; 3 - межэлементный соединитель; 4 - клемма; 5 - перегородка; 6 - перемычка пластин; 7 - корпус; 8 - нижняя установочная направляющая; 9 - положительные пластины, помещенные внутрь сепараторов; 10 - отрицательные пластины

В традиционных АКБ пластины изготовлены из свинца, в который для прочности добавляется сурьма. Во время зарядки аккумулятора сурьма образовывает крупные неоднородные по своему составу кристаллы. Скапливаясь на дне корпуса, они замыкают пластины и выводят аккумулятор из строя.

В необслуживаемых батареях используется кальциевый свинец. Благодаря ему процесс электролиза начинается гораздо позже, а образующиеся частицы настолько мелки, что не вызывают риск короткого замыкания.

Каждая пластина в современных необслуживаемых аккумуляторах упакована в полиэтиленовый микропористый контейнер, материал которого химически нейтрален к электролиту. Этот фактор увеличивает стойкость пластин к ударам и вибрациям, а также способен предотвратить основную причину выхода батареи из строя - иглообразное накопление кристаллов.

Новая конструкция пластин позволила расположить банки ближе к друг другу, вследствие чего аккумуляторы стали более компактными. При этом удельные характеристики батарей - энергоемкость и ток холодного пуска увеличились.

Пластины «свободных от обслуживания батарей» опираются на дно корпуса. Осыпающиеся частицы теперь не способны замкнуть пластины, так как скапливаются в специальных конвертах-сепараторах. Гибкие держатели пакетов и центральный токовод, также благоприятно влияют на стойкость аккумуляторов к ударам и вибрациям [8].

Для того, чтобы электролит «дышал», в прогрессивных конструкциях предусмотрены мелкопористые полимерные пламегасители, соединяющие с атмосферой внутреннее пространство батареи. В специальных ячейках пары воды конденсируются и возвращаются обратно в электролит, не попадая при этом на клеммы аккумулятора.

Основное назначение пламегасителя - не дать проникнуть искре во внутреннее пространство аккумулятора, и свести на нет возможность воспламенения образованного при электролизе водорода.

Автомобильные аккумуляторы, у которых отсутствуют отверстия для доливки воды и имеется только атмосферная связь внутренней полости с окружающей средой через небольшие вентиляционные отверстия на торцах крышки, оснащены индикатором состояния заряженности (рис. 2): шарик-поплавок зеленого цвета расположен над пластинами, который всплывает, когда электролит при заряде достигает определенной плотности. Эта величина соответствует минимальной степени заряженности (62-64% от номинального значения), при которой индикатор начинает давать информацию о работоспособности аккумуляторной батареи в пусковом режиме.

Рисунок 2. Индикатор заряженности аккумулятора

Последующее увеличение плотности электролита (до 100 % заряда) не меняет показания индикатора, что является недостатком данного приспособления. В случаях понижения уровня электролита до оголения пластин, информация индикатора о состоянии заряженности батареи прекращается. При работающем индикаторе его информация относится только к одной из шести банок (ячеек) аккумуляторной батареи. В тех случаях, когда появляется дефект в другой банке, где нет индикатора, информация индикатора становится бесполезной, не отражающей общее состояние (работоспособность) аккумуляторной батареи. Использование индикатора дает полезную информацию о состоянии батареи в тех случаях, когда она не содержит дефекта производственного характера.

Отсутствие отверстий для заливки электролита у необслуживаемых автомобильных аккумуляторов вызывает некоторые сложности при их эксплуатации [10]:

Во-первых, у этих аккумуляторов стало невозможно контролировать уровень и плотность электролита. Контроль плотности электролита - основной метод диагностики сульфатации аккумуляторных пластин.

Во-вторых - отсутствие возможности доливать дистиллированную воду для поддержания уровня электролита в аккумуляторе, также сокращает возможный ресурс аккумулятора. Необслуживаемый аккумулятор, который работает даже при очень малом воздействии отрицательных факторов, может достичь расчетных значений по продолжительности работы.

В-третьих, в процессе эксплуатации многие необслуживаемые автомобильные аккумуляторы, после устранения какого-либо длительного дефекта в электрооборудовании автомобиля, оказывается непригодным к дальнейшей работе.

Конструктивные изменения у необслуживаемых автомобильных аккумуляторов вызывали и новые требования к эксплуатационному содержанию их. Владельцы автомобилей, решившие использовать необслуживаемые автомобильные аккумуляторы без отверстий для доливки воды, должны очень внимательно относиться в первую очередь к исправной работы электрооборудования.

А именно необходимо следить:

- чтобы был исправен генератор,

- чтобы хорошо работал регулятор напряжения,

- чтобы отсутствовали утечки тока в системе электрооборудования или сигнализации.

Несмотря на то что в названии аккумуляторов такого типа и присутствует слово "необслуживаемые", обслуживать их все таки надо, хотя и меньше. Необслуживаемые аккумуляторы в процессе эксплуатации тоже требуют и периодической зарядки.

3. Стартеры со встроенным планетарным редуктором

Конструктивно электростартер объединяет в себе электродвигатель и механизм привода с электромагнитным тяговым реле, муфтой свободного хода и шестерней понижающего редуктора. В стартер может быть встроен дополнительный редуктор, если передаточное число от шестерни привода к венцу маховика недостаточно.

Параметром, определяющим рациональное согласование мощностной характеристики электропускового устройства с пусковыми характеристиками ДВС, является передаточное число I_дс привода от стартера к двигателю. Этот параметр оказывает влияние на угол наклона механической характеристики стартерного электродвигателя, приведенной к коленчатому валу ДВС. Для каждого двигателя и заданных условий пуска существуют оптимальные передаточные числа, при которых наилучшим образом используются мощностные характеристики пускового устройства. Однако при безредукторной передаче передаточное число I_дс может быть не более 16, что ограничивается условиями механической прочности ведущей шестерни стартера.

С другой стороны, увеличение передаточного числа позволяет уменьшить размеры и соответственно массу электродвигателя стартера, так как эти параметры изменяются обратно пропорционально частоте вращения вала. Последние годы одним из главных направлений совершенствования систем пуска является уменьше­ние массы активных материалов, стоимость которых составляет около 50% себестоимости стартера. При этом, помимо использования таких известных методов, как замена медных проводов обмоток на более легкие алюминиевые и уменьшение габаритов за счет применения изоляции более высокого класса нагревостойкости, все более широко стали применяться высокооборотные малогабаритные стартерные электродвигатели с встроенным редуктором [12].

В конструкциях стартеров с редуктором между ротором электродвигателя и шестерней, сидящей на выходном валу стартера, встраивается редуктор, понижающий частоту вращения в 3...4 раза. При этом частота вращения вала электродвигателя может быть повышена до 15 000 ... 20 000 мин-1 в режиме холостого хода. Блок электродвигателя представляет собой механизм с малыми размерами, высокой частотой вращения и низким моментом. Конструктивно редукторы могут быть выполнены простыми рядными с внешним или внутренним зацеплением, а также планетарными [1].

Планетарный редуктор между приводом и валом электродвигателя (рис. 3) состоит из внешнего зубчатого колеса, закрепленного в корпусе 9 редуктора, в котором в подшипнике вращается водило 10 с зубчатыми колесами (сателлитами) 11.

Рисунок 3 Электростартер с планетарным редуктором

1 - крышка со стороны коллектора; 2 - коллектор; 3 - щеткодержатель; 4 - корпус стартера; 5-тяговое реле; 6 - рычаг включения привода; 7 - муфта свободного хода; 8 - крышки со стороны привода; 9-корпус редуктора с солнечной шестерней; 10-водило; 11 -шестерни-сателлиты

Планетарный редуктор обеспечивает соосность осей электродвигателя и привода, чем упрощается компоновка стартера на двигателе взамен стартеров без дополнительного редуктора. Планетарный редуктор не создает радиальную нагрузку на вал электродвигателя, что дает возможность применять для вала якоря подшипники скольжения. Технология изготовления деталей таких, редукторов сложнее, однако сборка проще благодаря соосности основных узлов стартера. На рис. 4. представлен отдельно якорь стартера с планетарным механизмом.

Рисунок 4 Якорь и планетарный редуктор стартера

1 - вал водила планетарной передачи с винтовыми шлицами; 2 - зубчатое колесо с внутренним зацеплением; 3 - планетарные шестерни (сателлиты); 4 - солнечное колесо на валу якоря; 5 - якорь; 6 - коллектор

Ось сателита одновременно является внутренней обоймой игольчатого подшипника. Это предъявляет высокие требования с материалу и точности изготовления осей. Центральное зубчатое колесо выполняется как одно целое с валом якоря или может быть съемным.

Для получения минимальных механических потерь и обеспечения высокого срока службы предъявляются повышенные требования к точности изготовления зубчатых колес и других деталей редуктора. С той же целью применяют высококачественные смазочные материалы.

Передаточное отношение редуктора обычно составляет 3ч5. Якорь стартера с редуктором имеет конструктивные особенности. Обмотка якоря пропитана компаундом, уменьшающим вероятность его разноса. 8 связи с повышенной частотой вращения якорь обязательно подвергается динамической балансировке. Для снижения потерь на гистерезис и вихревые токи пакет якоря собирают из пластин тонколистовой (толщина 0,5 мм) электротехнической стали.

В связи с уменьшенной металлоемкостью и повышенной удельной мощностью стартеры с редуктором обладают большей тепловой напряженностью по сравнению со стартерами без редуктора.

Особенностями конструкций стартеров с редукторами являются: малые размеры и масса электродвигателя; уменьшение нагрузки на аккумуляторную батарею при пуске ДВС в связи с применением электродвигателя с малым моментом (малые разрядные токи); повышение возможностей пуска двигателя при низких температурах; снижение выходной мощности при малых нагрузках; более тяжелые условия работы муфты свободного хода, повышенный шум из-за высокой частоты вращения вала электродвигателя и наличия редуктора; тяжелые условия работы щеточно-коллекторного узла электродвигателя в связи с большой скоростью коммутации [9].

4. Генераторы компактной конструкции

Генератор переменного тока в автомобилях полностью заменил ранее использовавшийся генератор постоянного тока. При равной выходной мощности генератор переменного тока имеет меньшую на 50% массу, а также его значительно дешевле в изготовлении. Данная конструкция получила широкое распространение только тогда, когда стали доступными компактные, мощные, недорогие и надежные кремниевые диоды.

По своему конструктивному исполнению генераторные установки можно разделить на две группы - генераторы традиционной конструкции с вентилятором у приводного шкива и генераторы так называемой компактной конструкции с двумя вентиляторами во внутренней полости генератора. Обычно "компактные" генераторы оснащаются приводом с повышенным передаточным отношением через поликлиновый ремень и поэтому по принятой у некоторых фирм терминологии, называются высокоскоростными генераторами. При этом внутри этих групп можно выделить генераторы, у которых щеточный узел расположен во внутренней полости генератора между полюсной системой ротора и задней крышкой и генераторы, где контактные кольца и щетки расположены вне внутренней полости. В этом случае генератор имеет кожух, под которым располагается щеточный узел, выпрямитель и, как правило, регулятор напряжения.

Генераторы традиционной конструкции снабжены вентиляционными окнами только в торцевой части, генераторы "компактной" конструкции еще и на цилиндрической части над лобовыми сторонами обмотки статора. "Компактную" конструкцию отличает также сильно развитое оребрение, особенно в цилиндрической части крышек (рис.5).

Рисунок 5 Генератор компактной конструкции

1,8- крышки; 2 - статор; 3 - ротор; 4 - регулятор напряжения; 5 - контактные кольца; 6 - выпрямитель; 7,9- вентиляторы

На крышке со стороны контактных колец крепятся щеточный узел, который часто объединен с регулятором напряжения, и выпрямительный узел. Крышки обычно стянуты между собой тремя или четырьмя винтами, причем статор обычно оказывается зажат между крышками, посадочные поверхности которых охватывают статор по наружной поверхности. Иногда статор полностью утоплен в передней крышке и не упирается в заднюю крышку, существуют конструкции, у которых средние листы пакета статора выступают над остальными и они являются посадочным местом для крышек. Крепежные лапы и натяжное ухо генератора отливаются заодно с крышками, причем, если крепление двухлапное, то лапы имеют обе крышки, если однолапное - только передняя. Впрочем, встречаются конструкции, у которых однолапное крепление осуществляется стыковкой приливов задней и передней крышек, а также двухлапные крепления, при котором одна из лап, выполненная штамповкой из стали, привертывается к задней крышке, как, например, у некоторых генераторов фирмы Paris-Rhone прежних выпусков.

Рассмотрим подробнее устройство генератора компактной конструкции 94.3701.

Рисунок 6 Генератор 94.3701 компактной конструкции

1 - выпрямительный блок; 2 - втулка подшипника; 3, 13 - задний и передний подшипники вала ротора; 4 - контактные кольца; 5 - вывод "В+" генератора; 6 - кожух; 7 - регулятор напряжения со щеткодержателем; 8 - стяжной винт; 9, 11 - задняя и передняя крышки; 10 - статор; 12 - дистанционное кольцо; 14 - шкив; 15 - шайба; 16 - ротор

Генератор 94.3701 (рис. 6) компактной конструкции (компакт-генератор) - вентильный, трехфазный, со встроенным выпрямительным блоком 1 и электронным регулятором 7 напряжения, имеет два вентилятора, расположенных на роторе во внутренней полости генератора. Вентиляторы закреплены на лобовых частях полюсных половин ротора 16 [11].

Малые наружные диаметры вентиляторов позволяют увеличить частоту вращения ротора за счет увеличения передаточного числа привода с поликлиновидным ремнем. Передаточное число привода повышено за счет уменьшения диаметра шкива 14.

Воздух для охлаждения генератора протягивается через отверстия ажурных крышек 9 и 11 и лопатками вентилятора и подается на обмотки статора 10. Наружу воздух выходит через отверстия в цилиндрических поверхностях обеих крышек.

Статор 10 и крышки 9 и 11 стянуты четырьмя винтами. Вал ротора 16 вращается в подшипниках 3 и 13, установленных в крышках 9 и 11. Ток к обмотке возбуждения подводится через щетки и контактные кольца 4. Для снижения окружной скорости в точке касания кольца с щеткой у генераторов компактной конструкции контактные кольца имеют меньший диаметр. Контактные кольца могут иметь диаметр, равный диаметру вала. Причем их располагают на консольной части вала.

Контактные кольца 4, электронный регулятор 7 напряжения со щеткодержателем закрыты пластмассовым кожухом 6, защищающим их от грязи, пыли, влаги. Наружные обоймы подшипников прижаты тормозными кольцами, которые повышают ресурс подшипников. Генератор имеет три дополнительных диода, включенных в цепь обмотки возбуждения, и выпрямитель на силовых диодах со стабилитронным эффектом, что улучшает качество электроэнергии в бортовой сети и обеспечивает защиту электронных элементов регулятора напряжения от перенапряжений.

Список литературы

2. Банников С.П. Электрооборудование автомобилей. - М.: Транспорт 1977. - 264 с.

3. Доровских, Д.В. Электронные системы мобильных машин : практикум / Д.В . Доровских, И.М . Курочкин. - Тамбов : Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2011. - 264 с.

4. Кузнецов А.С. Руководство по техническому обслуживанию и ремонту автомобилей ЗИЛ 130, 431410, 131 - М.: Третий Рим, 2004 - 272 с.

5. Набоких, В.А. Эксплуатация и ремонт электрооборудования автомобилей и тракторов : учебник. - М.: Издат. центр "Академия", 2004. - 240 с, ил.

6. Росс Твег. Системы зажигания легковых автомобилей. Устройство, обслуживание и ремонт. - М.: ЗАО КЖИ "За рулем", 2004 - 96 с.

7. Соснин Д. А. Автотроника. Электрооборудование и системы бортовой автоматики современных легковых автомобилей: Учебное пособие. - М.: СОЛОН-Р, 2001, - 272 с

8. Стартерные аккумуляторные батареи: Устройство, эксплуатация и ремонт / М.А. Даосян, Н.И. Курзуков, О.С Тютрюмов. - М.: Транспорт, 1991. - 255 с.

9. Туревский И.С., Соков В.Б., Калинин Ю.Н. Электрооборудование автомобилей : учеб. пособие. - М.: Форум: Инфра-М, 2003. - 368 с.

10. Хрусталев Д. А. Аккумуляторы. - М.: Изумруд, 2003 - 224 с.

11. Чижков Ю.П. Электрооборудование автомобилей и тракторов: учебник / Ю.П. Чижков. - М.: Машиностроение, 2007. - 656 с.

12. Ютт, В.Е. Электрооборудование автомобилей : учебник для вузов / В.Е. Ютт. - 4 -е изд., перераб. и доп. - М . : Горячая линия-Телеком, 2006. - 440 с.

Размещено на Allbest.ru