3.4. Параллельная работа генератора и аккумуляторной батареи На автомобиле генератор и аккумуляторная батарея включены параллельно и работают совместно, дополняя друг друга в зависимости от нагрузки.

Основным источником электроэнергии является генератор, который при работе обеспечивает электропитание всех потребителей и заряд АКБ. При неработающем двигателе электропитание осуществляется от АКБ. При работе двигателя автомобиля (трактора) возможен режим, когда мощность подключенных потребителей превышает мощность, развиваемую генератором. В этом случае недостающая мощность компенсируется АКБ.

Применявшиеся ранее генераторы постоянного тока на холостом ходу двигателя не обеспечивали потребителей электроэнергией, и в этом режиме источником электроэнергии являлась АКБ, что отрицательно сказывалось на степени ее заряженности. Современные вентильные генераторы на холостых оборотах двигателя развивают до 40…50% номинальной мощности и обеспечивают питание системы зажигания (управления двигательной установкой), приборов, габаритных огней и основного отопителя при малой скорости вращения его вентилятора для автомобилей среднего и высокого классов, а для остальных автомобилей – питание системы зажигания (управления двигательной установкой), приборов и габаритных огней.

Рассмотрим совместную параллельную работу вентильной генераторной установки и АКБ (рис. 3.21) [8].

U_г ~ U_г = I_г

Генератор I_бз I_бр

Выпрямитель

+

GB

R_н

Регулятор

напряжения

Рис. 3.21. Схема включения генератора и аккумуляторной батареи

Характеристики совместной работы зависят от режима работы двигателя и от нагрузки. При номинальной частоте вращения (nн) генератора анализ совместной работы в зависимости от нагрузки целесообразно проводить графическим методом (рис. 3.22), совмещая внешнюю характеристику генератора U_г = f(I_г) при n_г = const и зарядно – разрядной характеристики батареи U_б = f(I_б).

Сопротивлением соединительных проводов пренебрегаем, т.е. допускаем, что напряжение генератора и батареи равны (U_г = U_б).

U_г , U_б n_г = const

U_бз = f(I_бз)

I_г1 = I_бз1 U_г = f(I_г)

1 2

I_бз2 = I_бз1 I_н2

3

I_бз3 3^’ I_н3

4^’ I_г4 = I_н4 , I_б = 0 4

U_бр = f(I_бр)

5^’ I_бр5 I_г5 5

I_н5

I_бр 0 I_г , I_бз

Рис. 3.22. Графический анализ совместной работы генератора и аккумуляторной батареи

В зависимости от нагрузки при параллельной работе возможны следующие режимы:

1. Нагрузка отсутствует и весь ток, вырабатываемый генератором, идет на заряд батареи, I_г1 = I_бз1 (точка 1).

2. Нагрузка включена, напряжение генератора равно номинальному (регулируемому) U_г = U_н = U_рег . Ток генератора идет на заряд батареи и питание нагрузки I_г = I_бз + I_н (точка 2).

3. При значительном возрастании нагрузки напряжение генератора становится ниже регулируемого, но остается выше ЭДС батареи Е_б < U_г < U_рег (точка 3). В этом случае генератор также питает нагрузку и заряжает батарею I_г = I_бз + I_н , но зарядный ток уменьшается I_бз3 < I_бз2 .

4. Нагрузка возросла до значения, при котором U_г = Е_б (точка 4). При этом весь ток генератора идет в нагрузку и ток заряда равен 0 (I_г = I_н , I_бз = 0). Неустойчивый режим.

5. Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к тому, что напряжение генератора становится меньше ЭДС батареи. Нагрузка при этом питается от батареи и генератора I_н = I_г + I_бр (точка 5).

При учете падения напряжения в соединительных проводах между генератором и батареей напряжение генератора будет линейно уменьшаться с увеличением тока генератора, что приведет к разряду батареи при напряжении генератора большем, чем ЭДС батареи. Поэтому необходимо следить за состоянием соединительных проводов и их клеммных соединений.

Зарядный ток батареи можно также увеличить или уменьшить за счет изменения величины регулируемого напряжения. Факторы, приводящие к уменьшению проводимости АКБ (понижение температуры электролита, изменение его плотности, износ активных элементов батареи), приводят к уменьшению зарядного тока, так как крутизна зарядной характеристики возрастает.

Приведенный анализ совместной работы генератора и батареи позволяет сделать вывод о том, что существуют режимы, при которых:

• АКБ отдает потребителям накопленную энергию;

• АКБ восстанавливает запас энергии, когда генератор обеспечивает ее подзаряд.

Интенсивность подзаряда (восстановления запаса энергии) зависит от развиваемой мощности генератора при данной частоте вращения ротора и тока нагрузки. При этом мощность генератора должна быть такой, чтобы был обеспечен положительный зарядный баланс аккумуляторной батареи, т.е. количество электричества, полученное при заряде, должно полностью компенсировать количество электричества, отданное при разряде.

Необходимая мощность генератора определяется из выражения

P_г = U_н I_гmax ,

где U_н – номинальное напряжение бортовой сети (14 или 28 В); I_гmax – требуемый максимальный ток генератора.

Сила тока I_гmax зависит от числа и мощности потребителей и режима движения автомобиля. Для легковых автомобилей I_гmax = 1,15I_н, а для грузовых автомобилей I_{г max} = 1,25I_н (I_н – расчетный номинальный ток нагрузки, определяемый для режима движения по шоссе ночью зимой).

Найденные значения тока и мощности генератора являются минимальными значениями, обеспечивающими при движении по шоссе ночью зимой практически нулевой баланс электроэнергии, т.е. такой баланс, при котором степень заряженности батареи сохраняется неизменной.

На основании значений P_г и I_гmax предварительно выбирают конкретный тип генератора и передаточное число его привода, после чего проверочным расчетом баланса электроэнергии, учитывая скоростной режим генератора, проверяют его соответствие условиям движения по городу ночью зимой. Передаточное число привода генератора выбирают с учетом тока отдачи генератора на холостом ходу двигателя.

Контрольные вопросы

1. Назовите преимущества генераторов переменного тока относительно генераторов постоянного тока.

2. Какие основные факторы определяют надежность и срок службы автомобильных генераторов?

3. Расскажите о принципе действия автомобильного генератора переменного тока.

4. Расскажите об устройстве автомобильного генератора переменного тока.

5. Конструктивные отличия бесщеточного автомобильного генератора переменного тока.

6. Особенности конструкции и применения стартер-генераторов.

7. Расскажите о характеристиках автомобильного генератора переменного тока.

8. Основные электрические схемы генераторных установок.

9. Назначение, блок-схема и основные элементы регулятора напряжения.

10. Работа электронного регулятора напряжения.

11. Расскажите о совместной работе аккумуляторной батареи и генераторной установки.