Электромеханические системы на автомобилях 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Электромеханические системы на автомобилях



Электромеханические системы на автомобилях

 

К мобильной технике отнесем автомобили, тракторы, сельхозтехнику, мобильную технику военного назначения.

 

Генераторные установки на мобильной технике

Функциональная схема генераторной установки

Рис. 6.1. Функциональная схема генераторной установки ДВС – двигатель внутреннего сгорания, приводящий во вращение вал генератора. РП – ременная передача. Г – электрогенератор переменного тока. ВБ – выпрямительный блок. РН – регулятор напряжения. АБ – аккумуляторная батарея. В современных автомобилях устанавливаются генераторы переменного тока со встроенными выпрямителями напряжения и интегральными регуляторами напряжения.

 

Определения

Генераторная установка (ГУ) – это совокупность генератора и регулятора напряжения.

Раньше (до 1970-ых годов) использовался генератор постоянного тока. В настоящее время в составе генераторных установок используется вентильный генератор.

Вентильный генератор – это совокупность синхронного генератора и выпрямителя.

Система электроснабжения – совокупность источников электроэнергии на мобильном объекте.

Генераторная установка – это часть системы электроснабжения мобильного объекта.

Второй частью системы электроснабжения является аккумуляторная батарея.

 

Назначение

6.1.3.1. Назначение генераторной установки:

- питание потребителей, находящихся на борту мобильного объекта, электрической энергией постоянного напряжения стабильного уровня;

- подзарядка аккумуляторной батареи (АБ) при работающем двигателе внутреннего сгорания.

 

6.1.3.2. Назначение аккумуляторной батареи [3]:

Накапливание и хранение электроэнергии для выполнения следующих задач:

- электропитание стартера (электродвигателя) при запуске двигателя внутреннего сгорания (ДВС);

- электропитание обмотки возбуждения генератора на начальном этапе, когда ее питание не может производиться выходным напряжением генератора (т.е. при самовозбуждении);

- питание потребителей электроэнергии в течение непродолжительного времени (при неработающем ДВС или недостаточной мощности, развиваемой генератором, т.е. на малой частоте вращения вала ДВС).

 

Потребители электроэнергии

К потребителям энергии относятся: световые приборы (наружные и внутренние), стартер, система зажигания, двигатели вентиляторов, электроприводы стеклоочистителей, стеклоподъёмников, прикуриватель, радиоприемник, звуковой сигнал, противоугонная сигнализация, система активной безопасности и др.

 

Привод ГУ

Источником механической энергии является двигатель внутреннего сгорания. Основное назначение ДВС – приведение в движение мобильного объекта. Его частота вращения определяется именно этой задачей.

В этом состоит отличие ГУ, рассматриваемых в этом разделе, от ДГУ и БГУ (Раздел 5), в которых единственной задачей ДВС является вращение вала генераторной установки.

ДВС связан с генератором клиновым ремнем, передающим движение от шкива коленчатого вала к шкиву, расположенному на валу генератора (Раздел 17.4). Передаточное отношение клиноременной передачи, как правило, не более 3. Такое ограничение связано с тем, что при б о льшем передаточном отношении клиновый ремень будет усиленно изнашиваться [3].

В тяжелой строительной и сельскохозяйственной технике ДВС и генератор могут быть связаны цепной передачей с тем же ограничением передаточного отношения.

Цель: повысить номинальную частоту вращения генератора и снизить тем самым его массогабаритные показатели

D 2 l º P/АВ δ n (6.1)

Исследовательские разработки

Система Turbo-generator Integrated Gas Energy Recovery System. Механическую энергию получают от небольшой турбины, которая приводится во вращение энергией выхлопных газов. По оценке британцев, TIGERS может снизить расход топлива у обычного автомобиля на 5-10% [11].

 

 

6.1.6. Основные требования к автомобильным генераторным установкам [3]:

а) Генератор должен обеспечивать бесперебойную подачу тока и обладать достаточной мощностью, чтобы:

- одновременно снабжать электроэнергией работающих потребителей и заряжать АБ;

- при включении всех штатных потребителей электроэнергии на малых оборотах ДВС не происходил сильный разряд аккумуляторной батареи;

- напряжение в бортовой сети находилось в заданных пределах во всем диапазоне электрических нагрузок и частот вращения ротора.

б) Генератор должен иметь достаточную прочность, большой ресурс, небольшие массу и габариты, невысокий уровень шума и радиопомех.

 

Генераторы

Типы генераторов

Основные типы генераторов для автомобилей и тракторов:

- контактный трехфазный синхронный генератор с когтеобразными (клювообразными) полюсами и электромагнитным возбуждением (рис. 6.2-6.3, Раздел 13.5);

- бесконтактный трехфазный индукторный генератор с электромагнитным возбуждением (рис. 6.4).

 

Контактный трехфазный синхронный генератор с когтеобразными (клювообразными) полюсами и электромагнитным возбуждением

Это наиболее распространенный тип автомобильного генератора.

Такие генераторы применяются, например, на ВАЗ-2111, 2112, ЗМЗ-406 и др.

Пример: генераторы 92.3708, 94.3701.

      Рис. 6.2. Эскиз конструкции когтеобразного генератора [9] 1-выпрямительный блок; 2-обмотка возбуждения; 3-ротор; 4-крышка; 5 – подшипник; 6-щетки; 7 – контактные кольца; 8-щеткодержатель; 9-втулка; 10-статор; 11-обмотка статора; 12 – передняя крышка; 13-шкив; 14 – подшипник; 15- крыльчатка вентилятора Рис.6.3. Детали конструкции когтеобразного генератора фирмы Motorola [10] 1 – пружина крепления соединительной колодки; 2 – крышка выпрямительного блока; 3 – выпрямительный блок; 4 – регулятор напряжения; 5 – щеткодержатель; 6 – крышка со стороны контактных колец; 7 – стяжной болт; 8 – передний подшипник; 9 – пластина крепления подшипника; 10 – дистанционная шайба; 11 – шпонка; 12 – ротор; 13 – задний подшипник; 14 – статор; 15 – уплотнительное кольцо; 16 – крышка со стороны привода; 17 – дистанционная шайба; 18 – шайба; 19 – вентилятор; 20 – шкив; 21 – шайба; 22 – гайка

 

Бесконтактный трехфазный индукторный генератор с электромагнитным возбуждением

Пример: генератор 955.3701 для ВАЗов; Г700А для УАЗов [3].

 

Рис. 6.4. Однопакетный индукторный генератор [9]

 

В ряде случаев для обеспечения самовозбуждения в таком виде генераторов используют комбинированное возбуждение (дополнительно от постоянных магнитов).

 

 

Обмотки

Большинство автомобильных генераторов выполняются трехфазными. Реже выпускаются тракторные генераторы мощностью 1,2 кВт в пятифазном исполнении.

Соединение фаз производится, как правило, в "звезду".

В генераторах большой мощности довольно часто применяют соединение в "треугольник".

Пояснение этого.

Для выработки генератором большой мощности по его фазным обмоткам должны течь большие токи. Для недопущения больших электрических потерь потребуется большое сечение проводов. Автоматическая намотка провода большого сечения – непростая задача. Переход на меньшие фазные токи позволяет уменьшить сечение и облегчить намотку. При соединении в "треугольник" фазные токи в раз меньше линейных (тех, что определяют выходную мощность). В то время как у "звезды" линейные и фазные токи равны [3].

По той же причине иногда каждую фазу выполняют из двух параллельных обмоток, соединенных в звезду (соединение "двойная звезда") [2].

Не следует забывать, что у "звезды" линейные напряжения в раз больше фазных, в то время как у "треугольника" они равны. Следовательно, для получения такого же выходного напряжения при тех же частотах вращения "треугольник" требует соответствующего увеличения числа витков его фаз по сравнению со "звездой" [3].

 

Число пазов на статоре

Практически все генераторы автомобилей массовых выпусков имеют 36 пазов [3].

 

Число пар полюсов

Автомобильные генераторы имеют на роторе, как правило, шесть пар полюсов [3].

 

Питание обмотки возбуждения (ОВ)

Питание ОВ может осуществляться от самого генератора в режиме самовозбуждения. В стальных частях генератора, даже при отсутствии тока в обмотке возбуждения, присутствует остаточный магнитный поток. Этот небольшой магнитный поток создает ЭДС, выходное напряжение питает ОВ и появляется небольшой ток возбуждения. Ток возбуждения дает прибавку к магнитному потоку, ЭДС и напряжение еще больше увеличиваются. И так далее, до полного возбуждения генератора.

Остаточный магнитный поток невелик. Чтобы обеспечить самовозбуждение генератора (дать достаточную ЭДС), необходима высокая частота вращения (Е = с Ф n) [3].

Генераторная установка должна самовозбуждаться при частоте вращения ротора ниже числа оборотов холостого хода коленчатого вала ДВС [2].

Первоначальное возбуждение генератора обеспечивается от аккумуляторной батареи [3].

Подключение АБ к ОВ происходит через выключатель зажигания [4].

 

Охлаждение генераторов

Варианты:

а) воздушное;

б) жидкостное.

 

Воздушное охлаждение

Охлаждение генератора осуществляется одним или двумя вентиляторами, закрепленными на его валу.

У традиционной конструкции автомобильных генераторов воздух засасывается центробежным вентилятором через отверстия в крышке со стороны контактных колец (рис. 6.5, а).

У генераторов "компактной" конструкции охлаждающий воздух забирается со стороны как задней, так и передней крышек (рис.6.5, в).

Существуют генераторы, у которых щеточный узел, регулятор напряжения и выпрямитель находятся вне внутренней полости. В этом случае они защищаются кожухом. Воздух засасывается через прорези этого кожуха, направляющие воздух в наиболее нагретые места, - к выпрямителю и регулятору напряжения.

На автомобилях с плотной компоновкой подкапотного пространства, в котором температура воздуха слишком велика, применяют генераторы со специальным кожухом, закрепленным на задней крышке и снабженным патрубком со шлангом, через который в генератор поступает холодный и чистый забортный воздух (рис.6.5, б). Такие конструкции применяются, например, на автомобилях BMW.

Рис. 6.5. Варианты охлаждения автомобильных генераторов

Жидкостное охлаждение [7]

Встречается у генераторов некоторых машин премиум-класса [7]. Генератор в этом случае должен быть герметичным.

В качестве охлаждающей жидкости используется, как правило, та же жидкость, которая охлаждает ДВС – антифриз, незамерзающая на морозе жидкость, представляющая собой этиленгликольно-водяную жидкость.

Достоинства:

- более интенсивное;

- слой жидкости вокруг генератора снижает уровень шума;

- герметичное исполнение генератора снижает воздействие пыли и грязи.

Недостатки:

- сложная система охлаждения, включающая отдельные контуры;

- влияние охлаждающей жидкости на детали конструкции генератора (коррозия).

Выпрямитель

Выпрямитель выполняется по трехфазной мостовой схеме (см. Раздел 15.2.1) с использованием кремниевых диодов.

Как правило, выпрямитель устанавливается внутри генератора в задней крышке и крепится к ней болтами.

 

Регулятор напряжения

Для нормальной работы потребителей электроэнергии необходимо поддерживать выходное напряжение на стабильном уровне.

Согласно формуле:

UdU ф= E - IR ф= с Ф n - IR ф (6.2)

выходное напряжение генератора может изменяться:

- при изменении частоты вращения вала генератора n;

- при изменении нагрузки (состава потребителей, подключенных к генератору) I;

- при изменении температуры, влияющей, в частности, на сопротивление R ф.

Задачу поддержания напряжения на стабильном уровне выполняет регулятор, изменяющий ток в обмотке возбуждения генератора. Такой регулятор можно также назвать регулятором тока возбуждения.

Принцип работы современного регулятора состоит в следующем:

- обмотка возбуждения подключается к источнику напряжения и отключается от него.

- в качестве источника напряжения используется выходное напряжение генератора (или напряжение АБ);

- величина тока возбуждения зависит от соотношения времени подключенного и отключенного состояния обмотки возбуждения.

В зависимости от элемента, осуществляющего подключение и отключение обмотки возбуждения, регуляторы бывают:

- вибрационные (электромагнитное реле);

- контактно-транзисторные (электромагнитное реле, управляемое транзистором);

- бесконтактные (электромагнитное реле отсутствует, подключение и отключение обмотки возбуждения производится за счет изменения состояния транзистора, включенного последовательно с обмоткой возбуждения).

Простейший вид бесконтактного регулятора тока возбуждения приведен на рис. 6.6. Здесь выводы источника – клеммы + и -; обмотка возбуждения подключена к клеммам «общ» и «ш».

Рис.6.6. Схема простейшего регулятора напряжения

 

Полупроводниковые бесконтактные электронные регуляторы, как правило, встроены в генератор [3].

 

Номинальное напряжение

Постоянное напряжение величиной:

7 В – на старых автомобилях [16].

14 В – в настоящее время в основном на легковых авто и легких грузовиках [16].

28 В – на тяжелых грузовиках и автобусах [16].

Напряжение на выходе генератора отличается от напряжения, подаваемого на клеммы потребителя, например, 7 и 6 В; 14 и 12 В; 28 и 24 В [16].

 

Мощность генераторов

Мощность нагрузки может изменяться от 0 до своего максимального значения, принимаемого за номинальное значение. Во всем этом диапазоне генератор должен обеспечить требуемый уровень выходного напряжения.

Номинальные значения выходной мощности для некоторых примеров генераторных установок приведены в Разделе 6.1.16.

 

Частота вращения генератора

Важным является рабочий диапазон частот вращения, при котором генераторная установка должна обеспечить требуемый уровень напряжения при изменении нагрузки от 0 до номинальной мощности.

Частота вращения генератора зависит от частоты вращения ДВС с учетом передаточного отношения ременной передачи.

Холостому ходу соответствуют частоты вращения 800-1200 об/мин, максимальная частота вращения до 5000 об/мин (в зависимости от марки автомобиля) [4].

 

Электростартер

Назначение

Привести в движение ДВС автомобиля.

ДВС не имеет пускового момента и поэтому требует предварительной раскрутки до частоты вращения, называемой пусковой, при которой обеспечиваются необходимые условия смесеобразования, воспламенения, и горения рабочей смеси

 

Тип электродвигателя

Коллекторный двигатель постоянного тока с последовательной обмоткой возбуждения

Обладает высоким пусковым моментом, что востребовано для данного назначения.

Чтобы еще более повысить момент, применяют механическую передачу.

 

Источник питания

Источником питания для электростартера является аккумуляторная батарея.

Это обуславливает низкий уровень питающего напряжения и, соответственно, большие токи

 

Рис.6.9. Схема электропитания стартера

 

Этапы пуска ДВС с учетом схемы электропитания стартера (рис.6.9):

а) При замыкании контактов выключателя (2) по обмотке (7) тягового реле (5) проходит ток, сердечник (8) электромагнита втягивается внутрь обмотки, а соединённый с ним рычаг (11) перемещает шестерню (12) привода (10) и вводит её в зацепление с зубчатым венцом (13) маховика.

б) При полном зацеплении зубчатой передачи сердечник (8) через контактный диск (6) замыкает контакты (4), и ток от аккумулятора поступает в обмотку электродвигателя (3). Якорь электродвигателя начинает вращаться и передаёт крутящий момент через шестерню (12) и зубчатый венец (13) маховика на коленчатый вал двигателя.

в) После пуска двигателя выключатель (2) размыкает контакты, и цепь обмотки электродвигателя прерывается. Под действием пружины (9) контактный диск (6) и шестерня (12) механизма привода возвращаются в исходное положение.

 

Электромеханические системы на автомобилях

 

К мобильной технике отнесем автомобили, тракторы, сельхозтехнику, мобильную технику военного назначения.

 



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-01-25; просмотров: 183; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 34.229.172.86 (0.078 с.)