1.5. Обслуживаемые и необслуживаемые АКБ

Электродами 1 и 2 здесь являются углеродные нанотрубки, покрытые тонким слоем платины в качестве катализатора. Здесь реакция преобразования водорода и кислорода в воду

2H2 + O2 2H2O

происходит не спонтанно в виде взрыва гремучего газа (гремучая смесь здесь не образуется благодаря мембране 3), а постепенно, обеспечивая разделение зарядов и накопления их на электродах.

Так в топливном элементе вырабатывается электрическая энергия. Его используют в некоторых марках электромобилей для увеличения длины пробега без подзарядки. Такой тип электромобилей получил наименование FCBEV – Fuel Cell Battery Electric Vehicle.

Бета-вольтаические элементы электропитания. Это уже не химический источник электрической энергии, а ядерный.

Здесь разделениеСибАДИзарядов происходит за счет бета-распада изотопа водорода (трития) или изотопа никеля (никель-63).

Схема такого элемента представлена на рис. 1.8.

Рис. 1.8. Бета-вольтаический элемент

Внутренний шаровой электрод содержит радиоактивное вещество (тритий или никель-63). Бета-распад – это испускание электронов. Испускаемые внутренним электродом электроны оседают на внешнем шаровом электроде, заряжая его отрицательным зарядом, а распадающееся радиоактивное вещество заряжается при этом положительным зарядом.

Такие элементы питания в настоящее время в автомобилестроении не используются ввиду их недостаточной

22

мощности. Однако в стратегии развития автомобильного транспорта до 2030 г. [11] запланированы разработка теоретических основ, технического проекта и создание макетных образцов бета-вольтаических аккумуляторных батарей повышенной мощности, не нуждающихся в подзарядке. Будущее за такими источниками электроэнергии.

Контрольные вопросы и задания:

1.Перечислите все типы автомобильных АКБ.

2.Какие существуют щелочные АКБ?

3.Проведите сравнение достоинств и недостатков никелькадмиевых и никель-металлогидридных АКБ.

4.Что собой представляют литий-ионные АКБ?

5.Назовите основные элементы водородного топливного элемента и ихСибАДИназначение.

6.Что выделяет в качестве отработанных газов водородный топливный элемент?

7.Какое явление использовано в бета-вольтаических элементах для получения электрической энергии?

ЭДС:

где E амплитуда ЭДС, В; t время, с.

По такому же синусоидальному закону будет изменяться и ток в витке, если его концы замкнуть на внешнюю нагрузку.

Концы витка соединены с медными полукольцами, изолированными друг от друга и образующими коллектор. Коллектор вращается вместе с витком, а по нему скользят неподвижные контактные щетки А и В (рис. 1.9, б), от которых отходят провода к внешней нагрузке.

23

Осью вращения витка является стальной сердечник, на котором с помощью изоляционного материала жестко крепятся виток с коллектором. Вместе они образуют якорь генератора (вращающуюся часть машины постоянного тока).

б

Рис. 1.9. Принцип работы ГПТ: а – эпюра ЭДС и тока в цепи нагрузки; б – упрощенная модель ГПТ

При повороте витка abcd на 180° щетки А и В войдут в контакт с противоположными полукольцами коллектора. Щетка А будет снимать ЭДС с полукольца, который соединен с концом d, а щетка В – с полукольца, соединенного с концом a витка.

24

Поэтому во внешней цепи ЭДС не изменит направление, а по величине эта ЭДС будет меняться не по синусоидальному закону (1.8), а по полусинусоидальному: e Esin t (рис. 1.9, а).

Так работает щеточно-коллекторный механизм, снимая постоянную по направлению пульсирующую ЭДС.

Если теперь обмотку сердечника сделать из двух взаимно перпендикулярных витков и коллектор представить четырьмя четвертьокружностями, то амплитуда пульсаций значительно уменьшится (рис. 1.10).

e

еср

образует цепьСибАДИвозбуждения. Существует несколько способов подключения цепи возбуждения к электропитанию. Поэтому ГПТ могут быть с последовательным, параллельным, смешанным и независимым возбуждением (рис. 1.11).

t

Рис. 1.10. Эпюра ЭДС, снимаемая с двух взаимно перпендикулярных витков якоря

Если довести число витков в обмотке якоря до 12…16 (с

соответствующим увеличением числа медных пластин

а б в г

Рис. 1.11. Типы ГПТ с последованельным (а), параллелным (б), смешанным (в) и независимым возбуждением (г)

25

В настоящее время ГПТ в АТЭО уже не используются.

Контрольные вопросы и задания:

1.Объясните принцип работы ГПТ на упрощенной модели

(см. рис. 1.9, б).

2.Что такое коллектор ГПТ и каково его назначение?

3.Свяжите работу щеточно коллекторного механизма с эпюрами тока, представленными на рис. 1.9, а.

4.Что называют якорем ГПТ?

5.Почему в реальных ГПТ вместо постоянного магнита используют электромагнит, который требует для своего питания электроэнергию?

1.8. ГенераторыСибАДИпеременного тока

Для обеспечения постоянно ужесточающихся требований

по экологии, безопасности и комфорту при эксплуатации

автомобилей в их электрооборудование вводятся новые

потребители электроэнергии, что вызывает необходимость значительного увеличения мощности автомобильного генератора без увеличения его массы и габаритов.

При условии дальнейшего использования ГПТ выполнение всех этих требований оказалось нереальным. Уже с 60-х гг. прошлого века ведущ е компании автомобилестроения стали переходить на генераторы переменного тока, используя первые

достижения электрон ки того времени.

Рассмотрим упрощенную модель генератора переменного тока, где цепь возбуждения (индуктор реального генератора)

заменим постоянным магнитом. Здесь в обмотке статора будет

индуцироваться переменный ток, когда индуктор будет вращаться, создавая вращающееся магнитное поле. Вектор индуктивности B такого поля будет меняться по направлению, а его модуль будет оставаться постоянным.

В этом случае будет иметь место переменный магнитный поток, пронизывающий обмотку статора, который равен скалярному произведению векторов [8, с. 146]:

26

индукции, Тл; угол между вектором B магнитной индукции и нормалью n к поверхности S.

Если индуктор вращать с угловой скоростью (вращающуюся часть такой электрической машины обычно

Подавляющее большинство автомобильных генераторов, эксплуатируемых в настоящее время, представляют собой трехфазный СибАДИсинхронный вентильный генератор (ТФСВГ), электрическая схема которого представлена рис. 1.12.

Рис. 1.12. Электрическая схема ТФСВГ: 1 – обмотки статора; 2 – обмотка индуктора; 3 – выпрямитель на шести диодах; 4 – регулятор напряжения; 5 – АКБ

У трехфазных генераторов фазные обмотки имеют одну общую точку 0 (см. рис. 1.12). Здесь обмотки статора А, В и С соединены звездой [5]. Другие концы этих обмоток присоединяются к трехфазному двухполупериодному

27

выпрямителю 3. Этот выпрямитель выполняет здесь функцию коллектора ГПТ. Он преобразует в каждой фазе синусоидальную ЭДС в полусиносоидальную.

В обмотках статора, которые совершенно идентичны друг другу, но их оси смещены друг относительно друга на 120°, возникают одинаково изменяющиеся ЭДС со смещением по фазе друг относительно друга на тот же угол 120°:

где eА,eВ,eС ЭДС обмоток А, В и С соответственно.

В трехфазной мостовой схеме выпрямления имеется шесть диодов: три в правой группе (диоды положительной полярности) и три в нижнейСибАДИгруппе (диоды отрицательной полярности). В проводящем направлении работает диод из верхней группы, у которого анод имеет наиболее высокий потенциал, а в нижней группе – диод, у которого катод имеет наиболее низкий потенциал. Следовательно, в любой момент времени работают два диода: один положительной полярности (верхний), другой отрицательной (нижний). Каждый диод пропускает ток в течение одной трети периода. Тогда суммарный ток на выходе из такого выпрямителя будет иметь незначительные пульсации и практически его можно сч тать постоянным (рис. 1.13).

Рис. 1.13. Эпюра ЭДС (или тока) на выходе из выпрямителя

Применение в качестве индуктора электромагнита позволяет значительно увеличить мощность генератора, но это усложняет его конструкцию. Для подачи постоянного электрического тока на обмотку ротора 2 (см. рис.1.12) концы этой обмотки выводятся на контактные кольца, по которым скользят щетки, через которые запитывается обмотка ротора.

ТФСВГ по отношению к ГПТ имеет следующие преимущества:

28