1. Вступ

Системи енергопостачання автомобіля _________

Автомобільна система енергопостачання - це сукупність обладнання, що забезпечує виробництво електричної енергії, розподіл та передачу її споживачам. На автомобілях застосовується система енергопостачан­ня постійного струму напругою 14 або 28 В. В систему енергопостачання входять джерела електричної енергії (генератор та акумуляторна бата­рея), регулюючі пристрої (регулятори напруги) та елементи контролю і захисту від можливих аварійних режимів.

Головним джерелом електричної енергії в системі енергопостачання є генератор змінного струму з випрямлячем. Вал генератора має привід від двигуна внутрішнього згоряння через ремінну передачу.

Віддачу електричної енергії генератором навіть при мінімальній час­тоті обертання колінчатого вала двигуна в режимі холостого ходу можна забезпечити шляхом збільшення передаточного числа ремінної передачі приводу генератора. Але при передаточному числі більше 3 зменшується терміни служби ремінної передачі і збільшуються механічні навантажен­ня на обертальні вузли і деталі генератора та на підшипники.

Спеціальний вузол генератора - випрямляч забезпечує перетворення змінного струму в постійний.

Завдяки напівпровідниковому випрямлячу значно підвищилась надій­ність та питома потужність генераторів, розширився діапазон робочих частот обертання ротора, зменшилась трудомісткість технічного обслу­говування під час експлуатації.

Крім енергопостачання споживачів, що входять в систему елект­рообладнання автомобіля чи трактора, генератор має забезпечити за­рядку акумуляторної батареї при працюючому двигуні. Потужність генератора вибирається такою, щоб при різних режимах руху автомо­біля чи трактора не відбувався прогресуючий розряд акумуляторної батареї.

Напруга в бортовій мережі автомобіля має бути стабільною в ши­рокому діапазоні зміни частот обертання колінчатого вала двигуна. Ця вимога пов'язана з тим, що акумуляторна батарея чутлива до рівня на­пруги.

Низька напруга призводить до недозарядки батареї і, як наслідок, до затрудненого пуску двигуна. Висока напруга призводить до перезаряду батареї і прискореному виходу її з ладу. Дуже чутливі до рівня напруги бортової мережі також мікропроцесори та лампочки приладів освітлення та сигналізації.

Генератор з регулятором напруги створює генераторну установку.

Генераторна установка характеризується перш за все потужністю. Потужність генераторних установок зростає з кожним роком. На кінець XX ст. потужність зросла до 800-900 Вт, а на автомобілях вищого класу потужність генератора на 300-400 Вт більша, що пояснюється наявністю приладів підвищеного комфорту в салоні, перш за все кондиціонера.

На сучасних легкових автомобілях середнього класу та на вантажних автомобілях і тракторах переважають генераторні установки, розрахова­ні на максимальну силу струму 50-70 А, а на автомобілях вищого класу - до 90-100 А, тобто максимальна потужність досягає 1,4-1,5 кВт. В та­ких випадках витрати пального на привід генератора може складати 6% загальних витрат.

Ресурс генераторів змінного струму досягає 200-300 тис. км пробігу автомобіля.

Нині випускаються два типи генераторів змінного струму: з контакт­ними кільцями та щітками і безконтактні індукторні.

2. Призначення, будова і принцип роботи системи енергопостачання автомобіля __________

Принцип дії генератора змінного струму

Принцип дії генератора змінного струму ґрунтується на явищах елек­тромагнітної індукції, відкритих М.Фарадеєм. Якщо котушку із мідного проводу пронизує магнітний потік, то при зміні полюсів на виводах цієї котушки з'явиться змінна електрорушійна сила (ЕРС).

А для створення магнітного потоку достатньо пропустить постійний струм через якусь іншу котушку, що називається обмоткою збудження.

Таким чином для отримання змінного електричного струму в генера­торі існує обмотка збудження по який протікає постійний електричний струм створюючи магнітний потік.

Сталева полюсна система, що обертається на валу разом з обмоткою збудження призначена для підведення цього магнітного потоку до коту­шок в яких виробляється змінна напруга. Вони розташовані нерухомо в пазах сталевої конструкції і утворюють статор генератора.

На рис. 1 показана схема генератора, де магнітний потік із полюса Б, перетинаючи повітряний зазор, пронизує зубець ротора, потім статор, і вдруге перетинаючи повітряний зазор, досягає полюса N. Цей шлях на рис. 1 позначено штриховою лінією.



1- статор; 2 — обмотка статора; 3 — полюс ротора; 4 - обмотка збудження; 5 — щітки.

Під час обертання ротора під кожним зубцем статора проходить нав­перемінно то північний, то південний полюс ротора. Магнітний потік протікає через зубці статора, змінюється за величиною й напрямом і пе­ретинає провідники трифазної обмотки, закладеної в пази між зубцями.

Дійсне (ефективне) значення електрорушійної сили (ЕРС), наводжува- не в обмотці однієї фази генератора робочим магнітним потоком Ф, Вб,

£_ф=4,44 К^/ГГФ,

г₌РП ^у 60'

де К^ — обмотковий коефіцієнт;/— частота індукованої ЕРС, Гц;р - кіль­кість пар полюсів; п — частота обертання, хв¹; IV- кількість послідовно з'єднаних витків в обмотці однієї фази статора.

Значення обмоткового коефіцієнта залежить від кількості пазів q ста­тора, що припадає на полюс і фазу: 0,866 - для трифазних генераторів, в яких q = 0,5 (18 пазів на статорі, 12 полюсів на роторі); 1,0 — для трифаз­них генераторів, в яких q=l (36 пазів на статорі, 12 полюсів на роторі); 0,966 - для трифазних генераторів, в яких (72 пази на статорі, 12 по­люсів на роторі).

Вираз для ЕРС можна записати в спрощеному вигляді:

Е_ф=С_епФ,

де для даного генератора сталий коефіцієнт:

_4,44рШ_о6 60

Трифазний випрямляч генератора

Характер зміни ЕРС в обмотках статора залежить від кривої розподі­лу магнітної індукції в зазорі, що визначається формою полюса. Форма

полюса, як правило, виготовляється такою, щоб форма ЕРС наближалась до синусоїди. Розглядаючи процес випрямлення, можна оперувати на­пругами фаз:

и_л=и_т5 іпШ; и_с=и_т$т(ш+^п),

де 11_т - максимальне значення фазної напруги; со=2я/=^р - кутова частота обертання.

Змінний струм генератора перетворюється на постійний за допомо­гою випрямляча, який має шість діодів (рис. 1.2, а), що створюють три­фазну мостову схему. Перша група - це діоди УБІ, \Т)3 і УБ5, катоди яких з'єднані між собою, створюють позитивний полюс випрямленої на­пруги, друга група - діоди УБ2, УБ4 і \Т)6, аноди яких з'єднані між со­бою, створюють негативний полюс випрямленої напруги.





Рис. 1.2. Трифазний випрямляч генератора: а — схема генераторної установки; б - графік зміни напруги в залежності від часу




Конструктивне виконання генераторів змінного струму та їх технічні характеристики

Типовий генератор змінного струму з електромагнітним збудженням моделі 37.3701 установлено на автомобілях ______ та інших моделях цього заводу. Номінальна напруга- 14 В, потужність- 750 Вт, номінальний струм- 55 А, ресурс - 125 тис. км пробігу автомобіля.

Генератор складається зі статора 21, ротора 8, кришки з боку контакт­них кілець 1, випрямного блока 2 і шківа з вентилятором 15. Пакет стато­ра зібрано з пластин електротехнічної сталі, завтовшки 1 мм, з'єднаних зварюванням у чотирьох точках. Трифазну обмотку статора 22 розміщено в пазах напівзакритої форми. Обмотка триплощинна, двошарова; фазові обмотки з'єднано подвійною зіркою* Кількість витків у фазі становить 54, діаметр проводу фази 1,0 мм, опір фази в холодному стані - 0,155 Ом.

Ротор містить вал 8, обмотку збудження 20, дзьобоподібні полюси 16 і 23 та контактні кільця 5. Обмотку збудження ізольовано від полюсів пласт­масовим каркасом, а її кінці припаяно до контактних кілець і виведено на затискач 11. Щоб запобігти прокручуванню й міжвитковому замиканню, обмотку слід просочити лаком, а зібраний ротор для зниження вібрації тре­ба збалансувати у двох площинах. Динамічний дисбаланс у кожній площи­ні не перевищує 4 г-см. Обмотка у холодному стані має опір 2,6 Ом.

У кришках генератора 1 і 19, що відлиті з алюмінієвого сплаву, роз­міщено кулькові підшипники 6 і 18, а для запобігання прокручуванню зовнішньої обойми кулькового підшипника в рівчаку кришки з боку кон­тактних кілець поставлено гумове кільце. Кришки мають вентиляційне вікно. З боку приводу кришку обладнано сталевою шпилькою 14 крі­плення зовнішньої планки генератора й армованою сталевою втулкою 25 у кріпильній лапі генератора.

У кріпильній лапі генератора з боку контактних кілець розміщено армовану втулку 26, яка запобігає утворенню осьового зазору під час закріплення генератора на двигуні. На кришці з боку контактних кілець розміщено щіткотримач із двома щітками 13, конструктивно з'єднаний з інтегральним регулятором напруги 12, випрямний блок 2 із трьома додатковими діодами для живлення обмотки збудження та забезпечення

Протяжну вентиляцію генератора забезпечує відцентровий вентиля­тор 15, закріплений на валу ротора за допомогою сегментної шпонки.

Інші типи мають той же принцип дії і кон­струкцію аналогічну розглянутій вище і відрізняються від неї, як пра­вило, потужністю, габаритними розмірами або конфігурацією окремих деталей.

Провідними європейськими фірмами з виробництва автомобільних генераторів є фірми Bosch (Німеччина), Valeo (Франція) та Magneti Marelli (Італія). Фірма Bosch комплектує своїми генераторами автомо­білі, що випускаються в Німеччині: Mercedes, BMW, Audi, Opel, Volks­wagen та інші.

Valeo орієнтована на французьке автомобільне виробництво Peugeot, Citroen, Renault, а також на автомобілі Volvo. Magneti Marelli - це го­ловний постачальник фірми FIAT. Генераторами фірми Lucas, що ввійшла до складу Magneti Marelli, комплектуються англійські авто­мобілі. Представником європейських генераторів є генератор, зображе­ний на рис. 1.6.



1 я» шків; 2,6 — передня та задня кришка; 3 — вентилятори; 4 — статор;

5 — обмотка збудження; 7 — вузол щіткотримач-регулятор напруги;

8 — захисний кожух; 9 — контактні кільця; 10- випрямляючий блок;

11 — кріпильна лапа; 12 — пластмасовий стакан

Магнітна система цих генераторів дванадцятиполюсна. Статор 4 ви­готовляється шляхом навивки сталевої стрічки на ребро, має 36 напівза­критих пазів з ізоляційним покриттям, виготовленим шляхом напилення. Опір обмотки збудження на різних типах генераторів різний і знаходить­ся в межах 4,5-2,6 Ом.

Різна потужність генераторів забезпечується зміною обмоткових да­них статора та ротора (число витків та діаметр проводу).

Випрямний блок 10 складається з двох алюмінієвих або мідних тепло- відводів товщиною 2,5.. .3 мм в отвори яких запресовані силові діоди від­повідної полярності. Кожний з цих діодів розрахований на струм 30 А. Якщо генератор виробляє струм більше 90 А то застосовується блоки з подвоєним числом діодів (по 2 діоди паралельно). Додаткові діоди для обмотки збудження монтуються в пластмасовому корпусі, кожний з них розрахований на струм біля 2 А.

Зовнішні виводи випрямного блоку виходять з генератора через відпо­відні вікна і отвори в кришці. У вікно кришки з боку контактних кілець вставляється та кріпиться двома гвинтами об'єднаний в нерознімну кон­струкцію вузол 7 "щіткотримач-регулятор напруги**« Для зняття та уста­новки цього вузла знімати генератор з двигуна немає потреби.

В двох каналах щіткотримача розміщені мідно-графітові щітки з ка­натиками та нажимні пружини. Поперечний переріз щіток 5x8мм. В про­цесі експлуатації щітки зношуються і при виступаючій висоті менш 5 мм мають бути замінені новими для виключення їх замикання і відмови ге­нератора.

Контактні кільця 9 генераторів мають діаметр 32, 28 або 15,5 мм в за­лежності від типу генератора.

В опорах ротора фірма Bosch застосовує кулькові підшипники з двох- сторонніми гумовими ущільнювачами. Для виключення прокручування зовнішньої обойми підшипника в гнізді кришки з боку контактних кілець використовується хвиляста стальна пружинна шайба або пластмасовий стакан 12 в якому розташоване зовнішнє кільце. Розміри підшипників, що визначають їх роботоздатність, можуть мінятися на одному і тому ж генераторі в залежності від величини навантаження від привідного паса та вимог щодо надійності автомобіля.

Привідні шківи 1 генераторів сталеві штамповані, розміри їх та чис­ло канавок залежать від передаточного відношення приводу і потужності що передається ременем.

Генератори фірми Bosch розраховані на велике передаточне число приводу (2,5-3,0). Тому струм, що віддається генератором на холостому ходу фірма вказує при частоті обертання вала генератора 1800 (замість 1500) хв¹.

Максимальна частота обертання вала досягає 18000 хв"¹.

Всередині генератора встановлюються два вентилятори 3. Схема вен­тиляції двохпоточна. Охолоджуюче повітря входить в генератор з двох торців, а вже нагріте викидається через вентиляційні щілини на цилін­дричній поверхні кришок.

Таблиця

Основні параметри генераторів фірми Bosch

Тип		Модель		Струм від­дачі А при частоті обертання				Марка автомобіля		Зов­нішній діаметр статора мм		Маса гене­рато­ра без шківа, кг
				1800 ХВ"1		6000 хв'1
1		2		3		4.		5		6		7
		20/45 А		20		45		Volkswagen з диз.двиг.		125		4
		23/55 А		23		55		Volvo 740,760		125		4,2
K1-14V								Mercedes-Benz 190,200;
								Opel Cadet; Opel Omega;
								Volkswagen Golf; Polo
І	2		3		4		5		6		7
K1-14V (продов- женння)	23/65А 28/70А 30/85А		23 28 30		65 70 80		Mercedes-Benz 230, 250 Opel Omega; Audi-80; Volkswagen Jetta, Polo. Volvo 440,460,480 Mercedes-Benz 230, 250, 300; Opel Omega; Opel Senator. BMW-520i, 525i Volvo 740, 760		125 125 125		4,5 4,7 5,1
N1-14V	36/80А 34/90А 40/115А 25/140А		36 34 40 25		80 90 115 140		Mercedes-Benz 200, 230; BMW-530i, Volvo 740 Opel Senator BMW-525i, 530i, 535i; Opel Senator, Audi 80, 100, 200; Volkswagen Passat BMW- 530І, 535i; Audi-100,200; Porshe; BMW-735i, 750i;		138 138 142 142		5,6 5,6 6,2 6,4
GC-14V	27-50А 27-60А 30-60А		27 27 зо		50 60 70		Volkswagen з дизельними двигунами Volkswagen Golf, Polo, Audi 80; Volkswagen Polo		116 116 116		4,0 4,0 4,2
KC-14V	40-70А 40-80А 45-80А 45-90А		40 40 45 45		70 80 80 90		Mercedes-Benz 200,230; Opel Omega, Senator, Mercedes-Benz 300, 350; Volvo 740,760 Opel Senator BMW-725i, 730i, 535i; Opel Senator; Audi 80; Audi 100; Volkswagen Jetta; Passat		125 125 125 125		4,9 4,9 5,4 5,4
NC-14V	50-100А 60-120А 40-140А		50 60 40		100 120 140		Mercedes-Benz 250,420; Volvo 740,760 Audi 100, 200, Porshe; Mercedes-Benz 420, 500, 560, 600; BMW-735i, 750І, 850І.		142 142 142		6,0 6,6 6,7

Провідними фірмами США з виготовлення автомобільних генерато­рів є Delco Remy (General Motors) та Motorcraft (Ford) які випускають генератори, що відрізняються лише параметрами та конструкцією. Фір­ма Delco Remy випускає широку гаму генераторів. Серія генераторів S

перші літери слів "System Integral" — інтегральна система) отримала таку іазву в зв'язку з монтажем регулятора напруги в конструкцію генератора.



Рис. 1.7. Генератор 12S1-100 фірми Delco Remy (СІЛА): 1 — статор; 2 - кульковий підшипник; З