Размыкание контактов прерывателя

После окончания процесса на­копления энергии контакты прерывателя

(датчика) размыкают цепь. Ток в первич­ной обмотке прерывается. В этот момент магнитное поле начинает исчезать.

В первичной и вторичной обмотках трансформатора индуциру­ется напряжение. По закону индукции напряжение, индуцируемое во вторичной обмотке, тем выше, чем больше коэффициент транс­формации и первичный ток в момент его прерывания. Время раз­мыкания контактов соответствует моменту зажигания.

Для анализа процесса, протекающего после размыкания кон­тактов (второй этап), удобно воспользоваться схемой замещения, приведенной на рис. 118.

Рис. 118. Схема замещения. батарейной, системы зажигания после размыкания контактов (второй этап)

R_n - эквива­лентное сопротивление потерь в системе; R_ш - сопротивление, учитываюoее нагар в свече зажигания: С₂ - суммарная ем­кость вторичной цепи

Такая модель имеет два магнитосвязанных колебательных контура, каждый из которых содержит емкость (С₁ — конденсатор первичной цепи, С₂ — распределенная ем­кость вторичной цепи), индуктивность (L₁, L₂ — индуктивности соответственно первичной и вторичной обмоток трансформатора зажигания), эквивалентное активное сопротивление (R1, R2 — суммарные активные сопротивления соответственно первичной и вторичной цепей). Во вторичный контур включены шунтирующее сопротивление R_ш и сопротивление потерь R_п, имитирующие утеч­ки тока на свече и магнитные потери.

В момент размыкания контактов датчика электромагнитная энергия, запасенная в индуктивностях, преобразуется в энергию электрического поля конденсаторов С₁ и С₂ и частично превра­щается в теплоту. В результате процесса перезаряда реактивных элементов в системе возникают затухающие колебания. Если при автоколебаниях не происходит пробоя искрового промежутка свечи (режим холостого хода трансформатора), то сила тока и напряже­ние в первичном и вторичном колебательных контурах будут из­меняться по закону затухающих колебаний. При этом сила тока первичной обмотки будет изменяться по косинусоидальному за­кону, а напряжение — по синусоидальному. Через четверть пери­ода при силе тока i₁ = 0 вся энергия магнитного поля преобразует­ся в энергию электромагнитного поля конденсаторов С₁ и С₂. Сле­довательно, в этот момент напряжения u₁ и u₂ достигнут макси­мальных значений (Рис. 119).

Рис. 119. Изменение напряжения U₁ в зависимости от времени t при следующих зарядах и разрядах емкостей С₁ и С₂:

0 - а — первоначальный заряд; а - b — первоначальный разряд; b - с; d - е последую­щие заряды; с - d; е - d — последующие разряды

Для вторичного напряжения можно записать

u₂ = I_рX_ck_трke^-δtsinωt = (I_р/ωC)k_трke^-δtsinωt

где ω = √1/L₁C_э – 1/4R_э²C_э² - частота собственных электрических ко­лебаний; С_э= С₁ + С₂k_тр² - эквивалентная емкость системы зажи­гания, приведенная к первичной обмотке;

С₁ - емкость первич­ной цепи (емкость конденсатора);

С₂ - распределенная емкость вторичной цепи;

k_тр = W₂/W₁ - коэффициент трансформации (W₁, W₂ — число витков первичной и вторичной обмоток);

R_э = (R_пR_ш/ R_п + R_ш)·1/k_тр² — эквивалентное сопротивление потерь системы

зажигания;

R_п — сопротивление потерь в системе;

R_ш — сопро­тивление, шунтирующее искровой промежуток свечи;

K = M/√L₁L₂ коэффициент магнитной связи между обмотками;

М — коэффи­циент взаимоиндукции;

L₁, L₂ — индуктивности первичной и вторичной обмоток;

δ = 1/2R_эC_э — коэффициент затухания колебатель­ного процесса.

Точно описать колебательные процессы сложно, поэтому оценку величины вторичного напряжения можно по­лучить из уравнения электрического баланса в контурах первич­ной и вторичной цепей

где U_1m, U_2m — максимальные значения соответственно первично­го и вторичного напряжений; ΔW — потери энергии в колебатель­ных контурах.

Напряжение на первичной обмотке можно выразить следую­щим образом: U_1m = U_2m/k_тр. Тогда уравнение (4.2) примет вид

Решая это уравнение и пренебрегая потерями энергии, получим выражение для максимального значения вторичного напряжения

Это выражение не учитывает потери энергии в сопротивле­нии нагара, шунтирующего искровой промежуток свечи, магнит­ные потери в стали, электрические потери в искровом промежут­ке распределителя и в дуге на контактах прерывателя, которые приводят к снижению вторичного напряжения. На практике для учета потерь в контурах вводят в виде множителя коэффициент µ, выражающий уменьшение максимального напряжения из-за по­терь энергии:

U_2m = I_p k_тр (√ L₁/C₁ + С₂ k_тр) · ή,

где ή = exp [- arctg√(4R_э²C_э/L₁– 1)/ (4R_э²C_э/L₁– 1)], тогда

U_2m = I_p k_тр (√ L₁/C₁ + С₂ k_тр) · exp - [ arctg√(4R_э²C_э/L₁– 1)]/(4R_э²C_э/L₁–1).

Коэффициент µ для контактных систем составляет 0,75 ...0,85. Изменение первичного тока i₁ и вторичного напряжения U₂ в процессе работы датчика показано на рис. 3.2, б, в.

Рис. 3.2. Временные диаг­раммы формирования им­пульса зажигания:

а — импульс накопления; б — ток в первичной обмотке; в — напряжение на вторичной об­мотке; г — фазы искрового разряда

При размыкании контактов первичный ток i₁ совершает несколько периодов затухающих колебаний до тех пор, пока энергия, запасенная в маг­нитном поле катушки, не израсходуется на нагрев сопротивления R₁ контура первичной цепи.

Если искровой промежуток вторичной цепи сделать настолько большим, чтобы пробоя не произошло (режим холостого хода или открытой цепи), то вторичное напряжение U₂, так же как и пер­вичный ток, совершит несколько затухающих колебаний (см. рис. 119).