Розв’язок

Із стандартного позначення стартерної батареї виходить, що номінальна її ємність С_нб = 50 А∙год і в батарею входять 6 послідовно сполучених акумуляторів. Номінальна напруга батареї U_H=6∙U_ha=6∙2 = 12В, де U_на = 2 В ­- стандартна номінальна напруга одного акумулятора.

У паралельно ввімнених батарей ємності додаються, тобто для двох батарей С_н = 2, С_нб = 100 А∙год, а напруга зберігається, і тому загальній напрузі повинна відповідати номінальна напруга електроустаткування.

Сумарна потужність ввімкнених приладів освітлення

Р_п = Р₁ + Р₂ + Р₃ = 2∙40 + 2∙21 + 10=153 Вт.

Їх еквівалентний опір

R_п =U_н²/Р_п=12²/153 = 0,94 Oм.

Прийнявши попередньо, що середня напруга розряду U_cp дорівнює U_н, визначимо середній струм розряду

І_р = U_h/R_h = 12/0,94 = 12,75 А.

Орієнтовний допустимий час розряду

τ_р = С_н/І_р = 7,8 год.

Наближеність результату пояснюється тим, що, по-перше, номінальна ємність батареї може бути практично повністю реалізована тільки при струмі розряду, який забезпечує 20-годинна або більша розрядка; по-друге, напруга в процесі розрядки знижується і середня напруга може відрізнятися від U_н.

Результат уточнимо, використовуючи відомі експериментально визначені криві розряду (рисунок 3.6), які відповідають одному акумулятору. Тут криві напруги розрядки U_p від U_HP до U_KP приведені для часу розрядки τ, рівним 5 і 30 хв., 1, 3, 10 і 20 год. Приведена також залежність коефіцієнта віддачі β_с=С_р/С_н (тут С_р – ємність розряду) від часу розряда τ _р.

На рисунку 3.6 будуємо приблизно із заданими кривими U_p ще криву розряду U_p для τ_р = 7,8 год. Графічним інтегруванням визначаємо на побудованому графіку величину середньої напруги акумулятора U_cpA= 1,9 В, і тоді для батареї

U_cp= 1,9·6=11,4 В.

З графіка β_с визначаємо при τ_р = 7,8 год. значення β_с = 0,83 (відносна ємність, що реалізовується при 7,8-годинній розрядці) Уточнений середній струм розрядки

I_p = U_cp/R_п= 11,4/0,94= 12,1 А

і друге значення часу розрядки

τ _р = = 6,8 год.

Це значення і приймемо як результат прийнятний для практичних цілей.

Рисунок 3.6 - Експериментально визначені криві розрядки акумулятора

3.4 Регулятори напруги

Для підтримання номінальної напруги автомобільних генераторів застосовується вібраційний регулятор напруги, схема якого приведена на рисунку 3.7. Основним чутливим елементом регулятора є електромагніт, обмотка w якого приєднана до затискачів Я₁, Я₂ якоря генератора. Регулюючим елементом є додатковий опір R_д , який ввімкнений послідовно з обмоткою збудження, і його значення підібране так, щоб при максимальному числі обертів колінчастого валу двигуна струм збудження забезпечував номінальну напругу. Додатковий опір шунтується під дією сили натягу пружини П контактами К, один з яких нерухомий, а інший розташований на якорі електромагніту.

Рисунок 3.7 - Вібраційний регулятор напруги

Умовою розмикання контактів є рівність:

F_р=F_зм ,

де F_P - сила натягу пружини;

­– електромагнітна сила притягування якоря магніту;

– індукція магнітного поля в проміжку електромагніту, Тл;

– площа поперечного перерізу проміжку електромагніту, м²;

– 1,256∙ 10^-6 Гн/м.

Якщо прийняти, що основна частина магніторушійної сили електромагніту припадає на його проміжок, то зв'язок електромагнітної сили якоря з величиною прикладеної напруги визначиться співвідношенням

^,

де U - напруга на затискачах якоря генератора, В;

w - кількість витків обмотки електромагніту;

- опір обмотки електромагніту, Ом;

- повітряний проміжок між якорем і осердям електромагніту, м.

Таким чином, сила тяги електромагніту пропорційна до квадрату напруги, що робить її при відповідному підборі пружини чутливою до коливань регульованої напруги.

Регулятор працює таким чином. При низьких обертах якоря, коли напруга генератора нижча від номінальної, контакти К замкнутi і опір R_д зашунтований. При підвищенні обертів якоря напруга генератора зростає і після досягнення її номінального значення F_ем стає рівним силі натягу пружини F_р. Контакти К розмикаються, і R_д вмикається в коло збудження. Струм збудження генератора падає, що приводить до зменшення напруги генератора і до зниження сили F_ем. Як тільки натяг пружини подолає F_ем, контакт К знову замкнеться, і напруга генератора почне зростати. Описаний процес повторюється, і напруга генератора коливається біля свого номінального значення.

З виразу для сили електромагнітного притягування якоря електромагніту за умови рівності його силі натягну пружини можна отримати вираз для напруги, підтримуваної регулятором:

.

Очевидно, що для зміни напруги, підтримуваної регулятором, потрібно змінювати або натяг пружини, або значення повітряного проміжку між якорем і осердям електромагніту.

Приклад 3.4.1 Визначити максимальну напругу, що генерується генератором в мережу, якщо сила натягу пружини генератора складає 10 Н. Магнітопровід має наступні розміри (рисунок 3.7):

δ = 1,5 мм, Lс=20 мм, Lяр=35мм, Lяк =15 мм, S_δ = S_c= 0 мм² , Sяp=100 мм² , Sяк =40 мм² . Для магнітопроводу використана сталь Э42. Обмотка має w=870 витків. Її опір – 8,8 Ом.