Лабораторна робота №1

«Система електропостачання»

Генератор є основним джерелом електричної енергії систем енергопостачання, що забезпечує живлення всіх споживачів і заряд акумуляторної батареї при роботі двигуна.

До генераторів висуваються наступні вимоги: простота конструкції; довговічність і надійність в експлуатації; малі габарити, маса і вартість; велика питома потужність(потужність на 1кг маси); можливість забезпечення заряду акумуляторні батареї при малій частоті обертання колінчатого вала двигуна в режимі холостого ходу.

У сучасних автомобілях застосовуються вентильні генератори. Це синхронні трифазні електричні машини змінного струму, які, — як вітчизняні, так і зарубіжні — мають дуже схожу конструкцію і відрізняються, лише габаритами, розташуванням приєднувальних місць і окремих вузлів (якщо залишити осторонь якість виготовлення).

Пристрій та принцип роботи. Пристрій генератора показаний на рис. 1.1. Корпус (5) і передня кришка генератора (2) слугують опорами для підшипників (9 і 10), в яких обертається якір (4). На обмотку збудження якоря напруга від акумулятора подається через щітки (7) і контактні кільця (11). Якір приводиться в рух за допомогою клинового ременя через шків (/). При запуску двигуна, як тільки якір починає обертатися, створюване ним електромагнітне поле індукує змінний електричний струм в обмотці статора (3). У випрямному блоці (6) цей струм стає постійним. Далі струм через поєднаний з випрямним блоком регулятор напруги поступає в електромережу автомобіля для живлення системи запалення, освітлення і сигналізації, контрольно-вимірювальних приладів та ін. Акумуляторна батарея підключиться до цих приладів і почне заряджатися після того, коли електроенергії, яка вироблятиметься генераторною установкою буде вистачати, щоб забезпечити безперебійне функціонування всіх споживачів.

Рис. 1.1. Пристрій генератора

Умови роботи та деякі рекомендації по обслуговуванню генератора.

Умови, в яких доводиться працювати генератору, благополучними ніяк не назвеш. На генератор потрапляють грязь, масло, волога, сіль, шкідлива дія яких посилюється високими температурами повітря в підкапотному просторі. Аби звести вплив соляних “ванн” до мінімуму, не допустити окислення клем генератора і втрати, з цієї причини, в них надійного контакту, рекомендується тримати кріплення всіх генераторних дротів під шаром якого-небудь консистентного мастила. Особливу увагу необхідно приділити натягненню і своєчасній заміні клинового або «многоручьевого» ременя приводу генератора. Не слід допускати навіть нетривалу роботу генератора з від'єднаною акумуляторною батареєю. Сплеск напруги в мережі, що виникає при відключенні акумулятора, наприклад для перевірки генератора, небезпечний практично для всіх бортових електронних пристроїв сучасних автомобілів. Не допускається і перевірка працездатності генератора на “іскру” короткочасним з'єднанням вивідної клеми з “масою” автомобіля. В цьому випадку через випрямний блок протікає дуже високий струм, який здатний вивести діоди блоку із ладу.

Технічне обслуговування генератора.

Як говорилося вище, всі генератори схожі по конструкції. Отже, основні “хвороби” генераторів і способи їх “лікування” також будуть приблизно однаковими.

1.Підвищений шум при роботі. Причиною шуму, як правило, є знос або пошкодження підшипників якоря. Першим із ладу виходить передній підшипник (позначаються великі навантаження, що доводяться на нього, наприклад, із-за надмірного натягнення приводного ременя). Заміна підшипників не викликає серйозної проблеми, хоча для цього прийдеться майже повністю розібрати генератор. Після розбирання слід звернути увагу на стан посадочних отворів під підшипники в корпусі і передній кришці генератора. Рідко, але трапляється, що ці отвори виявляються зношеними або деформованими. Якщо сумарний знос в посадочному отворі і в підшипнику виявиться більше зазору між якорем і статором, то якір при обертанні зачіпає за полюси статора, що недопустимо. Потрібна заміна не лише підшипників, але і корпусу або передньої кришки генератора. Для генераторів іномарок можна підібрати вітчизняний підшипник (підшипники вибирають по зовнішньому і внутрішньому діаметру, а також ширині). Наприклад, для багатьох генераторів Bosch в передню опору якоря підходить підшипник 80203 від опори первинного валу коробки передач “Волги”, а в якості заднього можна використовувати підшипник 180201 від генераторів ВАЗів,

“Москвичів” і “Таврій”.

2.Генератор не дає зарядний струм. Про це свідчить контрольна лампа на панелі приладів, а також свідчення амперметра або вольтметра, якщо цими приладами оснащений автомобіль. Якщо ремінь генератора нормально натягнутий і не прослизає, то найвірогідніша причина несправності — знос щіток або їх зависання в щіткотримачі. Щітки не лише зношуються самі, але зношують і контактні кільця, які розташовані на одному валу з якорем і обертаються разом з ним. Зрозуміло, що чим більший пробіг, тим більший і знос, тому дуже часто тривалість служби генератора обмежується саме довговічністю контактних кілець. Залишкова висота щіток має бути не менше 7 мм, після чого щітки підлягають заміні. Якщо з пошуком нових щіток, наприклад, для генераторів іномарок виникли проблеми, то в якості запасних частин можна використовувати щітки від вітчизняних генераторів. Спочатку доведеться витягувати щіткотримач з щітками, відпаяти дроти щіток від контактних пластин. Далі, необхідно точно підігнати нову щітку до розмірів старої, але це зробити неважко, оскільки матеріал щіток легко обробляється наждачним папером або надфілем. Залишилося замінити зношені деталі на нові. Врешті- решт, тимчасово може виручити графітовий стержень від круглої батареї типу 373, але в цьому випадку “самодєлку” краще всього встановити між контактним кільцем і залишком старої щітки. Якщо порушення в роботі генератора пов'язані з тим, що щітки туго переміщаються або взагалі втратили рухливість в гніздах щіткотримача із-за попадання пилу, продуктів зносу і іншої грязі, то досить витягнути щіткотримач і протерти поверхні його гнізд і щітки чистою серветкою, змоченою в бензині. Відносно зносу і підгорання контактних кілець, то якщо цей процес не зайшов дуже далеко, можна обмежитися зачисткою кілець шліфувальною шкіркою. При великому зносі контактні кільця слід проточити і відшліфувати на верстаті.

3.Обрив або міжвиткові замикання в обмотках якоря і статора. В цьому випадку генератор також не вироблятиме струм. Взагалі кажучи, обриви і міжвиткові замикання в обмотці статора і обмотці збудження якоря визначають за допомогою омметра, але інколи обриви можна виявити після розбирання по зовнішньому огляду. Особливу увагу слід приділити стану місць паяння виводів котушки збудження до контактних кілець, з'єднанню дротів щіток з контактними пластинами і так далі. Якщо дефект виявлений, то його усувають за допомогою паяльника. В разі замикання обмоток на корпус, швидше за все, доведеться замінити якір або статор в зборі, а то і генератор цілком.

4.Відмова випрямного блоку. Якщо щітковий вузол працює нормально, в електричних ланцюгах і обмотках немає обривів і замикань, а генератор все одно не виробляє зарядний струм, то винуватцем несправності, швидше за все, є випрямний блок. Несправні діоди - основні елементи випрямного блоку - можуть або взагалі не пропускати струм (в разі обриву), або пропускати струм в обох напрямах (в разі короткого замикання). Випрямний блок, що відмовив, підлягає заміні.

5.Порушення в роботі регулятора напруги. Дефекти в регуляторі напруги виявляються в тому, що генератор дає великий зарядний струм, і акумулятор систематично перезаряджається (“кипить” електроліт), або струм, навпаки, дуже слабкий, а то і взагалі відсутній. Між іншим, порушення в роботі регулятора напруги - одна з найпоширеніших несправностей в системі генераторної установки. Роботу регулятора можна перевірити на автомобілі. Слід дати попрацювати двигуну 15 хвилин на середніх оборотах, потім включити фари і за допомогою вольтметра постійного струму заміряти напругу між вивідною клемою і “масою” генератора. Якщо регулятор справний, то заміряна напруга повинна лежати в межах 13,5-14,5 В. Інакше регулятор доведеться замінити.

Заміна генератора. Це питання виникає у власників старих іномарок, коли генератор вийшов із ладу, а ціни на цей вузол в торгівлі здаються невиправдано високими. Найпридатнішими для роботи на іномарках вважаються “москвичовські” генератори 292.3701 і 58.3701, які найбільш універсальні по місцях кріплення і зажадають мінімальної трати часу та зусилля при установці на нове місце. Проте, швидше за все, потрібно буде здійснити переробку кронштейнів кріплення і, можливо, приводного ремня іншої довжини.

Контрольні запитання

1.З яких вузлів і деталей складається генератор?

2.Які несправності можливі в генераторній установці?

3.Які роботи виконують при ТО генераторної установки?

4.Які основні правила експлуатації генераторної установки?

Лабораторна робота №2

«Акумуляторна батарея»

Акумуляторні батареї (АКБ) слугують для живлення всіх споживачів електричної енергії систем запалювання, пуску, освітлення, сигналізації та інших при непрацюючому двигуні, а також для живлення споживачів разом з генератором, коли споживана ними сила струму перевищує максимальну для генератора величину.

Акумуляторні батареї при малих габаритах, масі і вартості повинні мати велику ємність, малий опір і саморозряд, великий термін служби і міцність, бути надійними в експлуатації. При пуску холодного двигуна стартером акумуляторні батареї повинні забезпечувати віддачу великої сили струму при малому паданні напруги.

Свинцеві акумуляторні батареї складаються з наступних деталей і вузлів

(рис. 2.1):

• моноблоку;

• кришок і загальної кришки;

• набору позитивних пластин;

• набору негативних пластин;

• сепараторів;

• перемичок;

• пробок;

• полюсних виводів.

Рис. 2.1. Свинцева акумуляторна батарея:

1 - моноблок; 2 - набір негативних пластин; 3 - пробка; 4 - перемичка; 5 - кришка; б - полюсний вивід; 7 - сепаратор; 8 - борн; 9 - мостік; 10 – набір позитивних пластин.

Зміна щільності електроліту є одним з основних показників ступеня розряду акумуляторної батареї. У процесі розряду АКБ частина сірчаної кислоти в електроліті (ЗО % - ий розчин Н2S04) затрачається на утворення сірчанокислого свинцю в активній масі позитивних і негативних пластин, і одночасно утвориться вода.

Щільність електроліту при цьому зменшується на 0,16 від звичайного рівня 1,27. При заряді акумулятора відбувається розпад сірчанокислого свинцю активної маси позитивних і негативних пластин і води в електроліті.

Утвориться сірчана кислота при одночасному зменшенні води, при цьому щільність електроліту збільшується. Щільність електроліту впливає на інші показники, а так само на температуру замерзання води в електроліті. Електроліт щільністю 1,27 замерзає при -58 °С, а щільність 1,11 при -18 °С.

Електрорушійна сила (ЕРС) АКБ залежить в основному від щільності електроліту. Величину ЕРС вимірюють вольтметром, при відсутності останнього можна судити про ЕРС по щільності електроліту:

Е = 1.27 + 0.84 = 2.11 В;

Е = 1.11 +0.84= 1.95 В.

Внутрішній опір батареї повинен бути дуже малим, що необхідно для одержання великої сили розрядного струму при роботі стартера (Rвн 1.27 = 0,0 Ом, Rвн 1.11 = 0,02 Ом). Внутрішній опір акумулятора при розряді можна визначити по форулі:

,

де Е - ЕРС акумулятора; Ір, Із - значення розрядного і зарядного струму;

Up, Ш - напруги при розряді і заряді.

Внутрішній опір акумуляторної батареї залежить від кількості пластин і їхньої площі, пористості і товщини сепараторів, зміни температури і щільності електроліту і стану активної маси пластин. Утеплення АКБ у зимовий час зменшує опір.

Напруга АКБ батареї менше ЕРС на величину падіння напруги на внутрішньому опорі. У момент включення стартера напруга знижується з 12 В до 7 - 8 В, що погіршує роботу системи запалювання й інших споживачів.

Ємність АКБ визначається кількістю електрики в ампергодини, що цілком заряджена батарея віддає, розряджаючи до 1,7 В на затисках однієї складової акумуляторної батареї при силі струму, рівної 0,1 ємності, і температурі електроліту +30 °С. Ємність батареї залежить від кількості пластин і їхніх розмірів, пористості активної маси, температури електроліту і

сили розрядного струму. Збільшення активної маси і підвищення температури збільшить ємність, а збільшення сили струму зменшує ємність. Наприклад, заряджена батарея 6-СТ-68 при силі розрядного струму 6,8 А і температурі електроліту +30 °С віддає 68 А-ч, то при температурі 0 °С - віддає 47,6 А-ч, а при стартерному розряді в 205 А и температурі +30 °С - тільки 18,7 А-ч. Термін служби свинцево-кислотних АКБ складає 300. . .500 циклів, що відповідає 4-5 років. АКБ і їхні технічні характеристики повинні відповідати ДСТ 959.0-91Е.

Тип батареї. Перша цифра маркування вказує число акумуляторів у батареї, букви СТ - батарея стартерного типу, число після букв - номінальну ємність батареї в А-ч. Останні букви означають матеріал корпуса (Э - збоніт, Т- термопласт, П-поліпропілен) і матеріал сепаратора (Р - мипор, М-мипаст, П - пластинор, С- скловолокно) і виконання (Н - не сухо заряджена, А - із загальною кришкою). Останнім часом використовуються і виробляються батареї, що не обслуговуються, наприклад, 60Т-55АЗН, серія з 44 по 110 ампер-годин.

Технічне обслуговування акумуляторної батареї (ТО). Термін служби акумуляторних батарей за умови правильної експлуатації їх та своєчасного догляду за ними становить чотири роки або 75 тис. км пробігу автомобіля. Проте цей термін може значно скоротитися в разі порушення правил експлуатації та зберігання батареї. На технічний стан акумуляторної батареї особливо впливають забруднення електроліту, робота й зберігання при підвищеній температурі електроліту та низькому його рівні, порушення режимів зарядження, заливання електроліту підвищеної густини (це частіше буває, якщо замість дистильованої води, для доведення рівня в акумулятори додають електроліт). Усе це може призвести до небезпечних несправностей.

Основні несправності: підвищене самозарядження; коротке замикання різнойменних пластин; сульфатація пластин; корозія решіток позитивних пластин. Крім того, під час експлуатації батарей відбувається: окислення полосних тріщин у баці, кришках, що спричиняє підтіканню електроліту.

Технічне обслуговування. Термін служби та справність акумуляторної батареї багато в чому залежить від своєчасного та правильного догляду за нею. Батарея має бути чистою, оскільки забруднення її поверхні призводить до підвищеного саморозрядження. Під час технічного обслуговування треба протерти поверхню батареї 10% - вим розчином нашатирного спирту або кальцинованої соди, після чого витерти чистою сухою ганчіркою.

Під час зарядження внаслідок хімічної реакції виділяються гази, які значно підвищують тиск усередині акумуляторів. Тому вентиляційні отвори в

пробках потрібно постійно прочищати тонким дротом.

Періодично треба зачищати штирі та затискачі проводів. Через 2...2,5 тис. км пробігу, а в спеку через кожні 5-6 днів потрібно перевіряти рівень електроліту крізь заливні отвори акумуляторів скляною трубкою з внутрішнім діаметром 3...5 мм. Стовпчик електроліту в трубці показує висоту його рівня над запобіжним щитком, яка має становити 10...15 мм. Рівень електроліту можна перевірити також чистою ебонітовою або дерев’яною паличкою; не можна для цього застосовувати металевий стержень. У разі зниження рівня слід долити дистильовану воду, а не електроліт, оскільки під час роботи батареї вода в електроліт розкладається й випаровується, а кислота залишається.

Слід періодично перевіряти густину електроліту, щоб визначити ступінь зарядженості акумуляторної батареї. Для цього треба наконечник кисло міра опустити у зливний отвір акумулятора, засмоктати електроліт за допомогою гумової груші й за поділками ареометра, вміщеного всередину скляної колби, визначити густину електроліту.

Для тривалого зберігання батареї взимку її треба зняти з автомобіля, повністю зарядити і зберігати в сухому місці за температури не вище від 0 й не нижче від 300С, враховуючи, що чим нижча температура електроліту, тим менше самозарядження батареї.

Через кожні три місяці батарею треба під заряджати для відновлення ємності, втраченої на саморозрядження. У разі зберігання батареї безпосередньо на автомобілі треба від’єднати проводи від полюсних штирів

Контрольні запитання

1. З яких основних вузлів і деталей складається свинцева акумуляторна батарея?

2. Які значення щільності електроліту в зарядженому і розрядженому свинцевому акумуляторі?

3. Який склад активних мас в зарядженому і розрядженому свинцевому акумуляторі?

4. Які конструктивні особливості свинцевої акумуляторної батареї стартера, що направлені на зменшення внутрішнього опору батареї?

5. Що таке номінальна ємкість батареї?

6. Які роботи виконують при ТО акумуляторної батареї?

7. Як перевіряється роботоздатність батареї?

8. Як привести сухозаряджену батарею в робочий стан?

Лабораторна робота №3.

«Електростартер»

Електростартер отримує живлення від акумуляторної батареї - автономного джерела електроенергії обмеженої потужності. Унаслідок внутрішнього падіння напруги в батареї напруга на виводах електростартера не залишається постійною, а зменшується із збільшенням навантаження і сили споживаного струму.

Сила струму електростартерів може складати декілька сотень і навіть тисяч ампер. При такій силі струму на характеристики електродвигуна стартера великий вплив зумовлює падіння напруги в мережі стартера, тобто в дроті стартера і «масі».

Характеристики електродвигунів стартерів залежать від ємкості і технічного стану акумуляторної батареї. «Сімейству» вольт-амперних характеристик батареї відповідає «сімейство» робочих і механічних характеристик електродвигуна стартера.

Для електроприводу стартера двигуна характерна значна нерівномірність навантаження, обумовлена різкою зміною моменту опору від сил тиску газів в циліндрах і складною кінематикою кривошипно-шатунового механізму. При змінному навантаженні знижується потужність і ККД системи пуску, що необхідно враховувати при виборі потужності електродвигуна стартера і ємкості акумуляторної батареї.

Режим роботи електростартерів - короткочасний з тривалістю включення до 10с при температурі 20°С. При негативних температурах допускається тривалість праці до 15с для стартерів бензинових двигунів і до 20с для стартерів дизелів.

Тривалий час по відношенню до періоду прокручування колінчатого валу двигуна стартер може працювати в режимах повного гальмування і холостого ходу. Якір стартера повинен без пошкоджень протягом 20с витримувати навантаження, що виникають при частоті обертання колінчатого валу, на 20% що перевищує частоту його обертання в режимі холостого ходу.

Якір стартера повинен мати надійний привід до колінчатого валу при пуску двигуна і автоматично відключатися від нього після здійснення пуску. Конструкція стартера і зубчаста передача повинні забезпечувати надійне введення шестерні в зачеплення і передачу колінчатому валу двигуна обертаючого моменту. Шестерня приводу стартера не повинна мимоволі входити в зачеплення з вінцем маховика. Муфта вільного ходу приводу повинна захищати якір від механічних пошкоджень.

Тягове реле стартера повинне забезпечувати введення шестерні в

зачеплення і включення стартера при зниженні напруги до 9 В для UН=12В і до 18 В для UН=24 В при температурі довкілля (20±5)°С. Контакти тягового реле повинні залишатися замкнутими при зниженні напруги на виводах стартера до 5,4 і 10,8 В при номінальній напрузі відповідно 12 і 24 В.

Автомобільні електростартери мають міру захисту не нижче ШХ4 (по ГОСТ 14254-80), окрім порожнини механізму приводу.

Пусковий цикл (спроба пуску) на двигуні (на стенді) не повинен перевищувати 15с при температурі довкілля (20±5)°С. Допускається не більше трьох пускових циклів підряд з перервами між ними не менше ЗО с. Після охолоджування стартера до температури довкілля допускається ще один пусковий цикл.

Не допускається навантажувати стартер більш ніж на номінальну потужність. Підвищення температури стартера під час пускових циклів не повинне приводити до змін, що негативно впливають на його працездатність. Раціональному використанню акумуляторної батареї, що має в системі пуску відносно велику масу і найбільшою мірою схильною до впливу експлуатаційних чинників, сприяють правильне узгодження характеристик елементів системи пуску і обгрунтований вибір її схеми і параметрів, при яких витрачається мінімальна кількість енергії джерела струму.

Для зменшення довжини дротів стартерів, габаритних розмірів і маси стартера і батареї, а також для зручності їх установки і технічного обслуговування важливо передбачити раціональне розміщення елементів системи пуску двигуна на автомобілі.

Параметром, що визначає раціональне узгодження потужнісної характеристики пускового пристрою з пусковими характеристиками двигуна, є передавальне число приводу. При зміні передавального числа приводу міняється нахил механічної характеристики електродвигуна стартера, приведеної до колінчастого валу двигуна. З підвищенням передаточного числа обертаючий момент збільшується, а частота обертання валу зменшується. Максимальне значення потужності електростартера зміщується у бік меншої частоти обертання колінчастого валу.

Для кожного типу двигуна і заданих умов пуску існують найсприятливіші передаточні числа, при яких щонайкраще використовуються потужнісні характеристики електродвигуна стартера.

Автомобільні електростартери повинні забезпечувати номінальні параметри за нормальних кліматичних умов: температура довколишнього повітря (25±10)°С; відносна вологість (45-80)%; атмосферний тиск (84 -106) кПа.

Рис. 3.1. Електростартер СТ 221:

а) - загальний вигляд; б) - деталі стартера; 1- шестерня приводу; 2 - муфта вільного ходу; 3 - ведуча обойма муфти вільного ходу; 4 - буферна пружина; 5 - важіль включення приводу; 6 - кришка зі сторони приводу; 7 — возвратна пружина; 8 — корпус тягового реле; 9 - обмотка тягового реле; 10 - сердечник тягового реле; 11- рухома контактна пластина; 12 - нерухомий контакт; 13 - контактні болти; 14 - щіткова пружина; 15 - щіткотримач; 16 - колектор; 17-кришказі сторони колектору; 18 - вал якоря з гвинтовими шліцами; 19 - щітка; 20 - котушка обмотки збудження; 21 - полюс; 22 - корпус стартера; 23 - полюсний гвинт; 24 - якір електродвигуна; 25 - упорне кільце; 26 - регулююча шайба; 27 - резинові заглушки; 28 - тягове реле; 29 - послідовна обмотка збудження; ЗО - паралельна обмотка збудження; 31 - захисна стрічка; 32 - гальмівний диск; 33 - стяжна шпилька; 34 - обмежувач ходу шестерні

Автомобільні електростартери відрізняються за способом управління і збудження, типом механізму приводу, способом кріплення на двигуні і мірі захисту від проникнення пилу і води.

За типом і принципом роботи приводних механізмів виділяють стартери з електромеханічним переміщенням шестерні приводу, які набули найбільшого поширення, і стартери з інерційним або комбінованим приводом.

Для запобігання рознесенню якоря після пуску двигуна в автомобільні електростартери встановлюють роликові, храпові і фрикційно-храпові муфти вільного ходу.

Стартер складається з електродвигуна постійного струму з послідовним або змішаним збудженням, електромагнітного тягового реле і механізму приводу. У стартер може бути вбудований додатковий редуктор.

Вузлами і деталями електростартера з електромеханічним включенням шестерні є корпус 22 (рис. 3.1) з полюсами 21 і котушками 20 обмотки збудження, якір 24 з обмоткою і колектором 16, механізм приводу з муфтою вільного ходу 2, шестернею 1 і буферною пружиною 4, електромагнітне тягове реле з корпусом 8, обмоткою 9, контактними болтами 13 з контактами 12, кришка 6 з боку приводу, кришка 17 з боку колектора і щітковий вузол з щіткотримачами 15, щітками 19 і щітковими пружинами 14.