Лекция 2 Системы электропитания автомобилей и тракторов

Система электропитания автомобиля или трактора - это сово­купность оборудования, обеспечивающая производство, распре­деление и передачу электрической энергии потребителям. Элементы системы электропитания должны отвечать требованиям, которые предъяв­ляются к электрооборудованию автомобилей и тракторов.

В систему электропитания входят следующие элементы:

1. источники электрической энергии (генератор и аккумуляторные батареи);

2. коммутационные и регулирующие аппараты;

3. электрическая сеть с распределительной и защитной аппара­турой.

Основным источником электрической энергии в системе элек­тропитания является генератор переменного тока с выпрямителем (вентильный генератор).

Принципиальные схемы систем электропитания автомобилей и тракторов приведены на рис. 2.

Рис. 2. Система электропитания

Системы электропитания автомобилей и тракторов имеют сле­дующие особенности:

1. необходимую емкость аккумуляторных батарей определяют из условия надежного пуска двигателя;

2. мощность генератора за­висит от мощности потребителей и емкости аккумуляторных батарей;

3. режим работы потребителей характеризуется широким диапа­зоном и случайным характером изменения нагрузки;

4. скоростной режим работы генератора, приводимого во враще­ние от двигателя внутреннего сгорания, имеет также случайный характер;

5. частота вращения якоря генератора изменяется в широ­ких пределах;

6. температурные режимы ра­боты генератора и аккумуля­торной батареи подвергаются значительным изменениям;

7. аккумуля­торная батарея выполняет функции, как источника, так и при­емника электрической энергии.

Показателями, характеризующими систему электропитания, являются:

1. номинальное напряжение генератора;

2. номинальная мощность генератора;

3. емкость аккумуляторных батарей;

4. уровень регулируемого напряжения;

5. диапазон частот вращения и передаточное отношение привода генератора;

6. падение напряжения в цепях питания потребителей;

7. параметры электрической энергии.

Распределение нагрузки между генератором и аккумуляторной батареей определяют из принципиальной схемы системы электро­питания (рис. 44), представив все потребители через эквивалентное сопротивление R_н. Величина R_н изменяется в зависимости от числа и мощности потребителей.

Рис. 44. Принципиальная электриче­ская схема системы электропитания

Где U_г – напряжение генератора, E_a, R_a – ЭДС и внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи, r₁ – эквивалентное сопротивление соединительных проводов между генератором и аккумуляторной батареей, I_н, I_г, I_б – сила тока нагрузки, генератора, батареи.

Следует выделить три основных режима:

1. если все потребители выключены (R_н = ∞, I_н = 0), то для контура ABEF

система уравнений примет вид

U_г - E_a = I_гr₁ + I_бзR_a,

I_г = I_бз,

сила тока генератора равна силе тока аккумуляторных батарей

I_г = I_бз = (U_г - Е_а)/(R_а + r₁).

В системе электропитания про­исходит заряд аккумуляторной батареи. Интенсивность заряда зависит от уровня напряжения генератора и сте­пени заряженности аккумуляторной батареи;

2. если U_г = 0, двигатель не работает, то для контура BCDE система уравнений примет вид

E_a = I_брR_a + I_нR_н,

I_н = I_бр

сила тока аккумуляторных батарей равна силе тока нагрузки,

I_н= I_бр = Е_а/(R_а + R_н).

В системе электропитания про­исходит разаряд аккумуляторной батареи. Интенсивность разаряда зависит от уровня и сте­пени заряженности аккумуляторной батареи и величине подключенной нагрузки;

3. если U_г > E_a, I_г > I_н, то для контура ABEF

U_г - E_a = I_гr₁ + I_бзR_a,

для контура ACDF

U_г = I_гr₁ + I_нR_н.

Решив систему уравнений относительно I_бз, получим

I_бз = (I_нR_н – E_a)/R_a,

по мере заряда аккумуляторных батарей, зарядный ток будет уменьшаться. При I_нR_н = Е_а зарядный ток равен нулю. Если число потребителей увеличивается, то при I_нR_н < Е_а аккумуляторная батарея начнет разряжаться, воспринимая часть нагрузки на себя.

Режим разряда аккумулятор­ной батареи возникает вследствие падения напряжения генератора U_г при уменьшении частоты вращения генератора. Распределе­ние нагрузки между генератором и аккумуляторной батареей зави­сит от многих факторов, основными из которых являются:

1. скорост­ной режим и токоскоростная характеристика [I_d = f (n)] генератора;

2. уровень регулируемого напряжения;

3. состояние аккумуляторной батареи;

4. температура окружающей среды.

Пределы изменения частоты вращения якоря генератора, опреде­ляются пределами изменения частоты вращения коленчатого вала и передаточным отношением при­вода i_n

n = i_nn_дв

Для автотракторных генераторов установлены следующие ча­стотные параметры:

1. n_minх - минимальная частота вращения ротора генератора в ре­жиме холостого хода, при которой генератор развивает номиналь­ное напряжение (начальная частота возбуждения);

2. n_р - минимальная частота вращения ротора генератора, при ко­торой генератор развивает расчетную мощность при номинальном напряжении;

3. n_mах - максимальная частота вращения генератора.

Эффективность работы генератора зависит от места его уста­новки и типа привода. Необходимо обеспечить легкую установку и съем генератора, свободный доступ к контактным кольцам и щеткам вен­тильного генератора, удаленность от нагреваемых частей двига­теля, возможность дополнительного охлаждения.

Обычно генератор устанавливают на передней части двигателя таким образом, чтобы шкив генератора выступил вперед блока ци­линдров. При такой установке обеспечивается дополнительный обдув генератора от вентилятора двигателя.

Привод генераторов на автомобиле и тракторе осуществляется от основного двигателя через ременную, цепную или шестеренчатую передачу. Наибольшее распространение для автотракторных гене­раторов получила ременная передача.

Ременная передача отличается эластичностью, бесшумностью в работе и простотой конструкции. Однако она обладает и рядом недостатков:

1. большие размеры передачи (шкивы, ремень);

2. значи­тельный износ ремня;

3. необходимость контроля и периодического натяжения ремня.

Цепная передача не обладает эластичностью и бесшумностью, однако она практически не изнашивается и не требует регулировки.

Шестеренчатая передача лишена указанных недостатков ре­менной передачи, но она более сложна, так как требует обеспечения точного расстояния между осями шестерни двигателя и ведомой шестерни генератора и не обладает эластичностью.

Если применяют ременную передачу, то крепление генератора к двигателю производят обычно на кронштейне.

Такое крепление позволяет свободно пе­ремещаться генератору и тем са­мым регулировать натяжение при­водного ремня.

Применяют два варианта схем ременного привода:

1. клиновидный ремень охватывает ведущий шкив, расположен­ный на коленчатом валу двигателя, шкив вентилятора и шкив гене­ратора (привод на три шкива);

2. генератор приводится во вращение индивидуальным приводом.

В первом варианте генератор одновременно исполняет роль натяжного ролика. Недостатком привода «на три шкива» является то, что подшипник генератора, установленный в крышке со сто­роны привода, испытывает повышенные нагрузки, которые спо­собствуют сокращению его срока службы.

При выборе передаточного отношения привода следует учиты­вать условия эксплуатации автомобилей и тракторов. Для легко­вых автомобилей, которые не часто используют максимальную ско­рость, можно выбирать более высокий коэффициент передачи. Для автомобилей, выполняющих междугородные перевозки, - более низкий. Повышение частоты вращения генератора ограничи­вается сроком службы и надежностью генератора. С повышением частоты вращения ухудшается коммутация, увеличивается износ щеток коллектора и подшипников.

Передаточное отношение привода генератора для отечествен­ных автомобилей и тракторов равно 1,5 - 2.