Контрольная работа по "Электротехника". 2

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1. Характеристики генераторных  установок...................................................4

2. Конструкция генераторов................................................................................9

3. Бесщеточные генераторы..............................................................................15

4. Пусковые качества автомобильных двигателей......................................16

5. Системы электростартерного пуска............................................................21

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.....................................................................................................24

ИСТОЧНИКИ........................................................................................................

ВВЕДЕНИЕ

Электрооборудование - является одной из важных систем в автомобиле и служит для запуска двигателя, освещения, работы некоторых приборов и оборудования. При неисправности электрооборудования езда на такой машине запрещена, да и просто невозможна. На всех современных легковых автомобилях используют электрооборудование с напряжением 12 Вольт, хотя на грузовых машинах встречаются электрооборудование на 24 и 36 Вольта. 
Помните, неисправность электрооборудование автомобиля или короткое замыкание проводки может привести к пожару, который способен за считанные минуты полностью уничтожить вашу машину. Так что, следите за "электрикой" и доверяйте ремонт ее только проверенным специалистам.

1. Характеристики генераторных установок

Способность генераторной установки  обеспечивать электропитанием потребителей электроэнергии на автомобиле во всех режимах его работы характеризует токоскоростная характеристика (ТСХ), т.е. зависимость силы тока, отдаваемого генератором в нагрузку, от частоты вращения его ротора при постоянной величине напряжения на силовых выводах генератора. Вид токоскоростной характеристики генераторных установок легковых автомобилей, построенной В относительных единицах по отношению к номинальной величине силы отдаваемого тока, представлен на рис.1.1. Характеристика демонстрирует сущест венное достоинство вентильных генераторов - их самозащиту и самоограничение отдаваемого ими тока. Достигнув определенной величины, ток практически не увеличивается с ростом частоты вращения ротора.

Методика определения ТСХ имеет  международный стандарт. Характеристика эта определяется при работе генераторной установки в комплекте, с полностью заряженной аккумуляторной батареей с номинальной емкостью, выраженной в Ач, составляющей не менее 50% номинальной силы тока генератора. Характеристика может определяться в холодном и нагретом состоянии генератора. При этом под холодным состоянием понимается такое, при котором температура всех частей и узлов генератора равна температуре окружающей среды, величина которой должна быть (23±5)°С. Температура воздуха определяется в точке на расстоянии 5 см от воздухозаборника генератора. Токоскоростные характеристики могут определяться при номинальном напряжении, т.е. 14 (28) В. Однако снять такие характеристики возможно только с регулятором, специально перестроенным на высокий уровень, поддержания напряжения. Чтобы предотвратить работу регулятора напряжения при снятии токоскоростной характеристики, ее определяют при напряжениях Ud=13,5± 0,1 (27± 0,2)В. Допускается ускоренный метод определения токоскоростной характеристики, требующий специального автоматизированного стенда, при котором генератор прогревается в течение 30 мин при частоте вращения ротора 3000 мин-¹, соответствующей этой частоте силе тока и указанном выше напряжении. Время снятия характеристики не должно превышать 30 с при постоянно меняющейся частоте вращения.

Токоскоростная характеристика имеет  характерные точки, к которым  относятся:

n₀ - начальная частота вращения ротора без нагрузки. Поскольку обычно снятие характеристики начинают с тока нагрузки, около 2 А, то эта точка получается экстраполяцией снятой характеристики до пересечения с осью абсцисс.

n_rg - минимальная рабочая частота вращения ротора, т.е. частота вращения, примерно соответствующая оборотам холостого хода двигателя. Условно принимается n_rg=1500 мин^-1 (для высокоскоростных, генераторов - 1800 мин^-1). Сила тока I_dg при этой частоте обычно составляет 40-50% номинального тока и во всяком случае должна быть достаточна для обеспечения питанием тех потребителей энергии на автомобиле, от которых зависит безопасность.

n_н --номинальная частота вращения poтopa, при которой вырабатывается номинальный ток I_dн, т.е. ток, сила которого не должна быть меньше номинальной величины.

n_max - максимальная частота вращения ротора. При этой частоте генератор вырабатывает максимальный ток I_MAX, сила которого мало отличается от силы номинального тока. Отечественные изготовители ранее обычно указывали номинальный ток генератора при частоте вращения ротора 5000 мин^-1, а также указывали частоту вращения ротора генератора расчетном режиме n_р, соответствующему расчетному току генератора I_dp, обычно составляющему две трети номинального тока. В расчетном режиме нагрев узлов генератора наибольший. Характеристики определялись .при напряжении 13 или 14 В. В табл. 1.1 приведены характерные точки токоскоростной характеристики некоторых отечественных генераторных установок, в табл.1.2 – некоторых генераторных установок легковых автомобилей основных европейских фирм. Там же указана масса генераторов.

Таблица 1.1.

Основные данные генераторов некоторых  отечественных производителей.

Генераторная установка должна самовозбуждаться при частоте вращения ротора ниже числа оборотов холостого хода коленчатого вала двигателя. Конечно, проверка на самовозбуждение должна производится при работе генераторной установки в комплекте с аккумуляторной батареей при включении контрольной лампы.

Таблица 1.2

Основные данные генераторов зарубежного  производства.

Энергетическую способность генератора характеризует его коэффициент  полезного действия КПД. Чем выше КПД, тем меньшую мощность отнимает генератор у двигателя при  той же полезной отдаче.

Величина КПД зависит от конструкции  генератора - толщины пластины пакета статора и способа изоляции их друг от друга, величины сопротивления  обмоток, диаметра контактных колец, марки  щеток и подшипников и т.п., но главным образом, от мощности генератора: чем генератор мощнее, тем КПД  выше. Значения КПД по точкам токоскоростной характеристики представлены на рис. 3.7 для ориентировки. Обычно максимальное значение КПД вентильных автомобильных  генераторов не превышает 50 - 60%.

Регуляторную часть генераторной установки характеризует диапазон изменения выходного напряжения при изменении частоты вращения ротора, нагрузки и температуры. Диапазоны изменения напряжения некоторых отечественных генераторных установок представлены в Табл. 1.3. Дробью указан диапазон регуляторов, имеющих переключение настройки. Там же указана величина падения напряжения в выходной цепи регулятора, которая влияет на токоскоростную характеристику.

Таблица 1.3

Диапазоны изменения напряжения генераторов отечественного производства.

Зарубежные фирмы обычно указывают  напряжение настройки регулятора напряжения при холодном состоянии генераторной установки, при частоте вращения ротора 6000 мин-¹, нагрузке силой тока в 5 А и работе в комплекте с аккумуляторной батареей, а также коэффициент термокомпенсации, т.е. величину изменения напряжения при изменении температуры окружающей среды на 1°С. С ростом температуры напряжение уменьшается. Для легковых автомобилей, в основном,. предлагаются напряжения настройки регулятора (14,1 ±0,1) В при термокомпенсации (7±1,5) мВ/°С и (14,5±0,1) В при термокомпенсации (10±20) мВ/°С.

2. Конструкция генераторов

Отечественные и зарубежные генераторы в принципе имеют идентичную конструкцию, в основу которой положена клювообразная  полюсная система ротора (рис. 2.1). Такая система позволяет создать многополюсную систему с помощью одной катушки возбуждения.

По организации системы охлаждения генераторы можно разделить на два типа - традиционной конструкции, с вентилятором на приводном шкиве и компактной конструкции, с двумя вентиляторами у торцевых поверхностей полюсных половин ротора. В первом случае охлаждающий воздух засасывается вентилятором через вентиляционные окна в крышке со стороны контактных колец, во втором - через вентиляционные окна обеих крышек. Компактную конструкцию отличают наличие вентиляционных отверстий на цилиндрических частях крышек и усиленное оребрение. Малый диаметр внутренних вентиляторов позволяет увеличить частоту вращения ротора генераторов компактной конструкции, поэтому ряд фирм называет их высокоскоростными. Последние годы как в России, так и за рубежом новые разработки генераторов имеют обычно компактную конструкцию. Для автомобилей с высокой температурой воздуха в моторном отсеке или работающих в условиях повышенной запыленности, применяют конструкцию с поступлением забортного воздуха через кожух с патрубком и воздуховод.

По общей компоновке генераторы разделяются на конструкции, у которых щеточный узел размещен во внутренней полости генератора, и конструкции с размещением его снаружи под специальным пластмассовым кожухом. В последнем случае контактные кольца ротора имеют малый диаметр, т.к. при сборке генератора они должны пройти через внутренний диаметр подшипника задней крышки. Уменьшение диаметра колец способствует повышению ресурса работы щеток.

Отечественные генераторы традиционной конструкции в основном выполняются либо с конструктивной преемственностью генераторов автомобилей ВАЗ, либо длительное время применявшихся на автомобилях многих марок генераторов Г250. На рис. 2.2. представлен генератор компактной конструкции фирмы Bosch. Аналогичную конструкцию имеет генератор 9422,3701 автомобиля ВАЗ-2110 с электронным впрыском топлива; генератор 26.371 автомобилей ВАЗ и АЗЛК. В этих генераторах щеточный, выпрямительный узлы и регуляторы напряжения закреплены на задней крышке под пластмассовым колпаком.

Статор генератора устанавливается  между крышками, причем их посадочные места контактируют с наружной поверхностью пакета статора. Чем глубже статор утоплен в крышке, тем меньше вероятность, появления перекоса подшипников, установленных в крышках. Некоторые зарубежные фирмы выпускают генераторы, у которых статор полностью утоплен в переднюю крышку. Существуют конструкции, у которых средние листы пакета выступают над остальными и они являются посадочным местом для крышки.

Крепежные лапы и натяжное ухо отливаются заодно с крышками. Отличием генераторов ВАЗ является наличие шпильки вместо натяжного уха. Отечественные генераторы традиционной конструкции имеют двухлапное крепление, крепежные лапы выполнены заодно с крышками. Зарубежные генераторы легковых автомобилей крепятся на двигателе обычно за одну лапу, которую имеет передняя крышка. Впрочем, однолапное крепление может осуществляться стыковкой приливов обеих крышек. На отечественных генераторах компактной конструкции расширяется применение однолапного крепления. Пакет статора отечественных генераторов набирается из стальных листов толщиной 0,5 - 1 мм. Однако более прогрессивной технологией является навивка пакета из ленты или набор его из стальных подковообразных сегментов, т.к. при этом снижается расход стали. Листы скреплены между собой сваркой.

Генераторы устаревших конструкций  имели 18 пазов на статоре под размещение обмотки, в настоящее время практически все генераторы массовых выпусков имеют 36 пазов.

Пазы изолированы пленкоэлектрокартоном, полиэтилентерефталатной пленкой или напылением изоляции, обмотки выполняются проводами ПЭТ-200, ПЭТД-180, ПЭТВМ, ПЭСВ-3 и др. У распределенной обмотки секция разбивается на две полусекции, исходящие из одного паза, причем одна полусекция отходит влево, другая вправо. Петлевая обмотка имеет секции иди полусекции в виде катушек с лобовыми соединениями по обе стороны пакета статора, волновая же действительно напоминает волну, т к. ее лобовые соединения расположены поочередно то с одной, то с другой стороны статора.

Соединение фаз производится, как  правило, в “звезду”, однако автоматическая намотка провода большого сечения затруднена, поэтому в генераторах повышенной, мощности применяют соединение в “треугольник” или две “звезды” параллельно (“двойная звезда”).

После намотки обмотки пропитывается  специальным лаком, что повышает их механическую и электрическую прочность, а также улучшает теплоотвод.

Катушечная обмотка возбуждения  имеет сопротивление которое  определяется максимально допустимой величиной тока регулятора напряжения, наматывается на каркас или непосредственно на втулку ротора. Полюсные половины при сборке напрессовываются на вал ротора под давлением, чтобы уменьшить паразитные воздушные зазоры по торцам втулки, ухудшающие характеристики генератора. При запрессовке материал полюсных половин затекает в проточки вала, делая полюсную систему ротора трудноразборной. В конструкции, где втулка разделена на две части, выполненные заодно с полюсными половинами, паразитный зазор всего один.

У генераторов легковых автомобилей  значительную проблему составляет магнитный  шум генератора. Для уменьшения этого  шума клювы полюсной системы имеют небольшие скосы по краям. Некоторые фирмы применяют специальное немагнитноё противошумовоё кольцо, расположенное под острыми краями клювов и приваренное к ним. Кольцо не дает клювам приходить в колебание и излучать звук.  

Отечественные генераторы оборудованы  цилиндрическими медными кольцами, к которым припаяны или приварены  концы обмотки возбуждения. В  мировой практике встречаются кольца из латуни или нержавеющей стали, что  снижает их износ и окисление, особенно во влажной среде. Встречаются также кольца, расположенные по торцу вала.

Щеточный узел - это пластмассовая  деталь, в которой установлены  щетки двух типов - меднографитные и электрографитные. В отечественных генераторах применяются электрографитные щетки ЭГ51А размером 5х6х18мм и меднографитные М1 размером 6х6,5х13 мм. Электрографитные щетки имеют повышенное падение напряжения в контакте с кольцами, что неблагоприятно сказывается на выходных характеристиках генератора, но они обеспечивают меньший износ колец.

Выпрямительные узлы, применяющиеся  на автомобильных генераторах, разделяются  на два типа: либо это пластины-теплоотводы, в которые запрессовываются или к которым припаиваются диоды, а как вариант - в которых загерметизированы кремниевые переходы, либо это сильно оребренные конструкции, к которым припаиваются диоды таблеточного типа.

Стабилитроны применяются в  основном там, где на генераторы установлены регуляторы с микросхемой на монокристалле кремния или с использованием полевых транзисторов.

Диоды и стабилитроны выполняются  в корпусе диаметром 12,77 мм, в модификациях с анодом или катодом на корпусе, для запрессовки соответственно в отрицательный или положительный теплоотводы. В трехфазных генераторах максимальный ток генератора не должен превышать утроенную величину максимально допустимого тока через диод, установленный в выпрямителе. Если это происходит, применяют параллельное включение диодов или выпрямителей. В дополнительном выпрямителе устанавливаются диоды на ток 2 А.

Подшипниковые узлы генераторов - это, как правило, радиальные шариковые подшипники со встроенными в подшипник уплотнениями и одноразовой закладкой смазки.

Посадка шариковых подшипников  со стороны контактных колец на вал  плотная, в крышку - скользящая, со стороны  привода, наоборот, плотная посадка в крышку и скользящая на вал. Такая посадка оставляет возможность проворота наружной обоймы подшипника со стороны контактных колец в гнезде с последующим выходом его из строя. Для предотвращения проворота применяют резиновые кольца в посадочном месте (Г221А, Г222, 37.3701), пластмассовые стаканчики (94.3701), гофрированные стальные пружины и т.п.

Привод генератора осуществляется клиновым или поликлиновым ремнем через шкив, установленный на валу ротора. Качество обеспечения питанием потребителей, в том числе заряд аккумуляторной батареи, зависит от передаточного числа ременной передачи, равного отношению диаметров ручьев шкивов коленчатого вала двигателя и генератора. Чем больше это число, тем больший ток может отдать потребителям генератор. Однако при больших передаточных числах происходит ускоренный износ ремня. Поэтому для клиновидных ремней это число не превышает 2,5. 

Более высокое передаточное число (до 3) возможно у поликлиновых ремней, применение которых расширяется вместе с генераторами компактной конструкции. Поликлиновый ремень способен, кроме генератора, приводить во вращение еще ряд агрегатов, в то время как клиновой ремень надежно работает лишь при индивидуальном приводе. На генераторах с диаметром вала под установку шкива до 17 мм (17 мм - наиболее распространенный в мире диаметр под шкив генераторов легковых автомобилей) шпонка под шкив обычно не устанавливается. Об отсутствии шпонки видно по шестиугольной выдавке в торце вала, за которую ключом удерживают вал при затяжке гайки шкива.

3. Бесщеточные генераторы

Бесщеточные генераторы обладают повышенной надежностью и долговечностью, т.к. у них отсутствует щеточно-контактный узел, подверженный износу и загрязнению, а обмотка возбуждения неподвижна. Однако масса и габариты этих генераторов больше.

Зарубежные бесконтактные генераторы выполняются на базе клювообразной конструкции. Наиболее широко бесконтактную схему использует фирма Delco-Remy (рис. 3.1.). Отличие этих генераторов состоит в том, что одна полюсная клювообразная половина посажена на вал, как у обычного щеточного генератора, а другая в урезанном виде приваривается к ней по клювам немагнитным материалом.

Каркас обмотки возбуждения  помещен на магнитопровод (индуктор), закрепленный на крышке генератора. Между этим магнитопроводом и полюсной, системой имеется воздушный зазор. При вращении вала сидящая на ней полюсная половина вместе с приваренной к ней другой полюсной половиной вращаются при неподвижной обмотке возбуждения.

4. Пусковые качества автомобильных двигателей

Возможность осуществления надёжного  пуска двигателя зависит от многих конструктивный и эксплуатационных факторов, к которым относят степень сжатия, рабочий объем; число и схему расположения цилиндров, тепловое состояние деталей двигателя, регулировочные параметры системы зажигания (для бензиновых двигателей) и топливной аппаратуры, низкотемпературные свойства топлива, вязкостно-температурные характеристики моторного масла, мощность и энергоемкость системы пуска; наличие и эффективность вспомогательных пусковых устройств и т.д.

Поршневые двигатели внутреннего  сгорания начинают работать устойчиво при относительно высокой частоте вращения коленчатого вала. Пусковое устройство должно вращать коленчатый вал с частотой, достаточной для начала и развития процессов образования, воспламенения и сгорания топливо-воздушной смеси и способствовать выходу двигателя на устойчивый режим самостоятельной работы. Характер протекания пусковых процессов и требования к пусковой частоте вращения коленчатого вала различны для бензиновых двигателей и дизелей. Пусковая частота вращения коленчатого вала бензинового двигателя должна быть достаточной для подготовки топливо-воздушной смеси, способной воспламениться от электрической искры. При пуске холодного бензинового двигателя из-за низкой температуры топлива, стенок впускного трубопровода, и малой скорости перемещения в нём воздушного потока в смесеобразовании участвуют только легкие испаряющиеся фракции бензина, поэтому пусковые качества бензина оценивают по температуре выкипания 10% фракций. Для подготовки смеси, находящейся в пределах воспламеняемости, при пуске увеличивают подачу топлива за счёт оптимальной для пуска регулировки топливной аппаратуры.

С уменьшением пусковой частоты  вращения коленчатого вала становится более продолжительным процесс  сжатия, увеличивается теплопередача  в холодные стенки цилиндра и пропуск газов через неплотности в поршневых кольцах и клапанах: давление и температура в конце сжатия уменьшаются, что ухудшает условия воспламенения смеси и распространения пламени. Уменьшение массы смеси из-за отсутствия дозарядки цилиндров за счет инерции воздушного потока при запаздывании закрытия впускного клапана снижает количество выделяемой при сгорании теплоты и индикаторную мощность, развиваемую двигателем при пуске.

Ухудшение условий смесеобразования при пуске приводит к необходимости увеличения энергий электрической искры. Для пусковых режимов подбирается наивыгоднейший угол опережения зажигания.

В дизелях топливо-воздушная смесь образуется непосредственно в цилиндpax после подачи топлива форсункой. Воспламенение смеси происходит под действием высокой температуры в камере сгорания. Вследствие малой продолжительности процесса смесеобразования и отсутствия принудительного зажигания топливо-воздушной смеси пуск дизелей осуществить сложнее.

Пуск дизелей улучшается с увеличением  цетанового числа топлива, по которому оценивают его способность к воспламенению. При низких температурах большую роль играет испаряемость дизельного топлива. Пусковые свойства дизельного топлива оценивают по температуре выкипания 50% фракций или по количеству фракции, выкипающих до температуры 300°С.

Температура в цилиндре в момент подачи топлива должна превышать  температуру самовоспламенения  топлива, чтобы период задержки воспламенения был меньше времени, отводимого при пуске на образование смеси и развитие предпламенных реакций. При пусковых частотах в режиме электростартерного пуска с большое неравномерностью вращения коленчатого вала резко увеличивается продолжительность процессов сжатия, что вызывает соответствующий рост утечек тепла и рабочего, заряда, и снижение температуры и давления в цилиндрах в конце такта сжатия.

Достаточные для воспламенения  топливо-воздушной смеси давление и температура в цилиндрах дизелей достигаются благодаря большей, чем у бензиновых двигателей, степени сжатия и увеличенной частоте вращения коленчатого вала пусковым устройством.

Надёжность пуска дизеля повышается зa счет надлежащего подбора диаметра и числа сопловых отверстий распылителя форсунки, правильной ориентации распылителя в камере сгорания, увеличения давления впрыскивания и количества подаваемого топлива, а также подбора наивыгоднейшего для пуска угла опережения подачи топлива.

При пуске двигателя пусковое устройство преодолевает сопротивление вращению коленчатого вала. Момент сопротивления  Мс складывается в основном из момента сил трения в кинематических парах двигателя и момента газовых сил, обусловленного разностью работ сжатия

и расширения в цилиндрах двигателя. Момент сопротивления, зависит от температуры  Т, средней частоты n и неравномерности вращения коленчатого вала, числа, схемы расположения и рабочего объема цилиндров, а также от размеров трущихся поверхностей двигателя.

Пусковые качества автомобильных  двигателей оценивают по минимальной пусковой частоте вращения коленчатого вала n_min и среднему давлению трения р_т. Минимальная пусковая частота вращения - это наименьшая частота вращения коленчатого вала, при которой пуск двигателя в заданных условиях происходит за две попытки пуска продолжительностью по 10с для бензиновых двигателей и по 15 с для дизелей с перерывами между попытками в 1 мин.

Минимальные пусковые частоты определяются по зависимости времени пуска  от средней частоты вращения коленчатого  вала. Требуемые, пусковые частоты для  автомобильных бензиновых двигателей - 40-85 мин^-1, а для дизелей - 50-200 мин^-1. Минимальные пусковые частоты увеличиваются с понижением температуры, увеличением вязкости масла и заметно снижаются при увеличении числа цилиндров двигателя и использовании устройств для облегчения пуска.

Среднее давление трения представляет собой условную удельную величину, характеризующую сопротивление вращению коленчатого вала двигателя, укомплектованного всеми штатными навесными агрегатами:

где: р_Т - среднее давление трения, Па;

М_с - средний момент сопротивления, Н-м;

V_h - рабочий объем двигателя, м³.

По минимальной пусковой частоте  вращения и соответствующему ей моменту сопротивлении определяют требуемую пусковую мощность.

Пусковые качества двигателей на автомобилях  оценивают по предельной температуре  надежного пуска и времени  подготовки двигателя к принятию нагрузки.

Предельная температура надежного пуска - наиболее низкая температура окружающего воздуха, при которой осуществляется, надежный пуск холодного двигателя. Под надежным пуском понимается пуск двигателя, оборудованного всеми навесными агрегатами, на основном топливе, при использовании штатных аккумуляторных батарей, имеющих 75%-ю степень заряженности, не более чем за три попытки пуска холодного двигателя и не более чем за две попытки пуска горячего двигателя или после предпускового его подогрева.

Таблица 4.1

Предельные температуры надежного  пуска холодных двигателей и время  их подготовки к принятию нагрузки

Время подготовки двигателя к принятию нагрузки - это затраты времени  на приведение в действие и работу устройства для облегчения пуска  холодного двигателя или системы  предпускового подогрева, на пуск двигателя  и его работу в режиме холостого хода до достижения состояния, обеспечивающего принятие нагрузки. При использовании предпускового подогревателя время подогрева электролита аккумуляторной батареи до температуры не ниже -35°С не учитывается.

5. Системы электростартерного пуска

Рисунок 5.1. Структурная схема системы пуска

Тип системы пуска определяет используемая энергия и конструкция основного пускового устройства (стартера). Для пуска автомобильных двигателей используют системы электростартерного пуска. Они надёжны в работе, обеспечивают дистанционное управление и возможность автоматизации процесса пуска двигателей с помощью электротехнических устройств. Структуры схем систем электростартерного пуска отличаются между собой незначительно (рис. 5.1). В системах управления электростартером предусмотрены электромагнитные тяговые реле дополнительные реле и реле блокировки, обеспечивающие дистанционное включение, автоматическое, отключение стартера от аккумуляторной батареи, после пуска двигателя и предотвращение включения стартера при работающем двигателе.