Тема №6 Особливості будови електрообладнання автомобілів та основи його ТО. Заняття №42 Будова та робота акумуляторної батареї, генераторної установки, випрямляча і реле-регулятора.
Акумуляторна батарея
В автомобілі електричну енергію використовують для запалювання пальної суміші в циліндрах карбюраторних і газових двигунів, запуску двигуна стартером, живлення приладів освітлення, сигналізації, контрольних та інших приладів електрообладнання.
Крім цих споживачів електричного струму, до системи електрообладнання автомобіля входять джерела струму, вимикачі, запобіжники і проводи.
Джерелом струму на автомобілі є акумуляторна батарея і генератор. Акумуляторна батарея живить споживачі, коли двигун не працює або працює на малих частотах, а генератор живить споживачі і заряджає акумуляторну батарею під час роботи двигуна на середніх і великих частотах обертання.
Акумуляторна батарея складається з трьох або шести окремих послідовно з'єднаних кислотних акумуляторів. Будову батареї показано малюнку. Бак 12 батареї виготовляють з ебоніту або кислототривкої пластмаси. Він розділений перегородками на камери. У кожній камері знаходиться акумулятор, який має блок з позитивних 10 і негативних 11 свинцевих пластин у вигляді решітки, що заповнюються активною масою. Негативних пластин у кожному акумуляторі на одну більше, ніж позитивних, тому з обох зовнішніх боків блока знаходяться негативні пластини.
Позитивні пластини відокремлюють від негативних за допомогою пористих сепараторів (прокладок) 9, які виготовляють з вилуженої деревини, скляної повсті, ебоніту або пластмаси.
Однойменні пластини з'єднують свинцевими баретками (перемичками) 7. До бареток приварюють свинцеві штирі 69 які виводять назовні через два крайні отвори в кришці 4 акумулятора. Зверху пластики закриті перфораційним пластмасовим щитком 8. Акумулятор через середній отвір 3 у кришці заповнюють електролітом. Гази, які утворюються під час заряджання акумулятора, виходять в атмосферу через вентиляційний отвір пробки. В деяких акумуляторах цей отвір зроблено в окремому штуцері на кришці 4. Зазори між кришками і стінками бака 12 ущільнюють бітумною мастикою 5.
Акумулятори з'єднують у батарею за допомогою свинцевих міжелементних містків І, які приварюють до вивідних штирів 6. Вільні від містків вивідні штирі крайніх акумуляторів приєднують до мережі електрообладнання автомобіля. Електролітом для кислотних акумуляторів є розчин хімічно чистої (акумуляторної) сірчаної кислоти в дистильованій воді.
Дія акумуляторної батареї.
Активна маса пластин нових акумуляторів складається з оксидів свинцю — свинцевого сурику РЬзО4) і глету (РЬО) або окисленого свинцевого порошку. Для початкового заряджання (формування пластин) через акумулятори пропускають постійний електричний струм від зовнішнього джерела, який проходить усередині акумулятора через електроліт від позитивних до негативних пластин. При цьому в акумуляторах у результаті хімічних реакцій активна маса позитивних пластин перетворюється в двоокис свинцю (IV) (РbO2), а негативних пластин — у металевий свинець (РЬ) губчастої структури.
Заряджені акумулятори використовують як джерела електричної енергії. Якщо з'єднати вивідні штирі акумуляторної батареї із зовнішнім колом, то через останнє струм проходить від позитивного вивідного штиря до негативного (відбувається розряджання). Одночасно через внутрішнє коло акумуляторів струм іде від негативних пластин до позитивних.
Внаслідок хімічних реакцій, які відбуваються під час розряджання, активна маса позитивних і негативних пластин акумуляторів перетворюється в сірчанокислий свинець (РЬSO4). При цьому витрачається частина сірчаної кислоти, що міститься в розчині, внаслідок чого густина електроліту під час розряджання зменшується.
При дальшому заряджанні в акумуляторах батареї відбуваються зворотні хімічні реакції, в результаті яких активна маса позитивних пластин знову перетворюється в перекис свинцю, а негативних — у губчастий свинець» Під час заряджання кількість сірчаної кислоти в розчині зростає і густина електроліту збільшується.
Електрорушійна сила (ЕРС) зарядженого акумулятора становить близько 2,2 В. ЕРС вимірюють вольтметром на вивідних штирях акумулятора, від'єднаного від зовнішнього кола.
Напруга — частина ЕРС, що діє в зовнішньому колі акумулятора. Напругу вимірюють вольтметром, який приєднаний до вивідних штирів акумулятора, з'єднаних із зовнішнім колом. Напруга менша від ЕРС на величину падіння напруги у внутрішньому колі акумулятора, яке залежить від сили струму в навантаженні і величини внутрішнього опору акумулятора. Для зменшення падіння напруги у внутрішньому колі акумуляторних батарей, що дає можливість забезпечити живлення таких потужних.споживачів електроенергії, як стартер* автомобільні акумулятори повинні мати велику ємність і дуже малий внутрішній опір (0,002 Ом). Такі акумулятори називаються стартерними. У міру розряджання акумулятора його ЕРС і напруга при певному навантаженні знижуються. За величиною цього зниження визначають ступінь зарядженості акумулятора.
ЕРС і напруга батареї, яка складається з кількох послідовно з'єднаних акумуляторів, дорівнює сумі їх ЕРС або напруг. Оскільки номінальна напруга на вивідних штирях одного акумулятора дорівнює 2 В, то акумуляторна батарея з трьох акумуляторів має напругу 6 В, а батарея з шести акумуляторів — 12 В.
Емність акумуляторної батареї
Емністю називається кількість електрики, яку може віддати повністю заряджений акумулятор в коло під час розряджання до певної кінцевої напруги. Ємність вимірюється в ампер-годинах (А - год) і залежить від площі і стану всіх пластин акумулятора, сили розрядного струму, густини і температури електроліту. Номінальна ємність стартерних акумуляторів гарантується під час безперервного розряджання повністю зарядженого акумулятора струмом, який чисельно дорівнює ОД його ємності, при температурі ЗО °С і початковій густині електроліту 1,285 г/см3 до напруги 1,7 В. Так, акумулятор, ємність якого 70 А - год, може при зазначеній температурі і початковій густині електроліту підтримувати в приєднаному до нього колі струм. 7 А протягом 10 год, а коли цей час мине, розрядиться до напруги 1,7 В.
Під час розряджання акумулятора струмом стартерного режиму (100...500А) він віддає тільки 20...30 % своєї номінальної ємності. Якщо температура акумулятора знижується на 1 °С, його ємність зменшується приблизно на 1 %. Якщо номінальна ємність при ЗО °С дорівнює 70 А • год, то при 0 °С вона зменшиться на 30 % (до 49 А • год), при мінус 20 °С — на 50 % (до 35 А • год).
Ємність батареї, яка складається з кількох послідовно з'єднаних акумуляторів, дорівнює ємності одного акумулятора.
Типи й позначення (маркування) автомобільних акумуляторних батарей.
На автомобілях установлюють 6- і 12-вольтові акумуляторні батареї.
До прийнятого маркування батарей входить цифра 3 або 6 (на початку), яка означає кількість акумуляторів у батареї; букви СТ вказують, що батарея розрахована на живлення стартера; дво- або трицифрові числа після букв СТ показують номінальну ємність батареї в ампер-годинах; буквене позначення матеріалу бака (Е — ебоніт, П — асфальтопекова маса з кислототривкими вставками); буквене позначення матеріалу сепараторів (Д — деревина, М. — міпласт, ДС і МС —.деревина або міпласт, комбіновані із скловолокном). Наприклад, позначення 6СТ-54 ЕМ вказує, що батарея складається з шести акумуляторів, стартерна, має ємкість 54 А • год, бак з ебоніту і міпластові сепаратори.
На автомобілях, що вивчаються, встановлюють такі акумуляторні батареї: ЗИЛ-130 — 6СТ-90ЕМС, ГАЗ-5ЗА — 6СТ-75ЕМ, ГАЗ-24 «Волга» — 6СТ-60ЕМ. В автомобілі ГАЗ-53А батарея розміщена під сидінням водія; в автомобілі ЗИЛ-130 — на кронштейні рами біля лівої підніжки кабіни, в автомобілі ГАЗ-24 — у моторному відсіку. Батареї з'єднують позитивним полюсом з ізольованими проводами системи електрообладнання, негативним — з масою автомобіля.
Генератор
Генератор – основне джерело електричної енергії в автомобілі. Вал генератора приводиться в обертання від шківа встановленого на колінчатому валі двигуна, клиновидним ременем. Передаточне число клиноременевої передачі 1,7–2,5. При руху автомобіля частота обертання колінчатого валу при холостому ході у сучасних двигунах становить 500–600 хв-1, максимальна частота – 4000–5000 хв-1. Таким чином, кратність зміни частоти обертання двигуна, а значить, і вала генератора може досягти 8–10 (5–6 для дизелів). Напруга генератора залежить від частоти обертання його вала. Чим вища частота обертання, тим більша його напруга. Але всі прилади електрообладнання автомобіля, особливо лампи і контрольно-вимірювальні прилади, розраховані на напругу від постійного струму 12 або 24 В. Підтримка такої напруги генератора незалежно від частоти обертання і навантаження генератора (включаючи споживачів) виконує спеціальний прилад – регулятор напруги. При зниженні частоти обертання колінчатого вала двигуна нижче 700–800 хв-1 напруга генератора стає меншою напруги акумуляторної батареї. Якщо батарею не відключити від генератора, вона почне розряджатися на генератор, що може призвести до перенагрівання ізоляції обмоток генератора і розряду акумуляторної батареї. При збільшенні частоти обертання колінчатого валу двигуна необхідно знов включити генератор в систему електрообладнання. Включення генератора в систему електрообладнання, коли його напруга вища напруги акумуляторної батареї, і відключення генератора від сітки, коли напруга нижче напруги акумуляторної батареї, виконує спеціальний прилад, який називається реле зворотнього струму.
Генератор розрахований на віддачу визначеної максимальної для даного генератора величини струму, але при несправності в системі електрообладнання (розряджена акумуляторна батарея, коротке замикання і т.д.) генератор може віддавати струм більше, чим той, на який він розрахований. Довга робота генератора в такому режимі приведе до його перегріву і згоранню ізоляції обмоток. Для захисту генератора від перевантаження призначений спеціальний прилад – обмежувач струму.
Регулятор напруги, реле зворотнього струму і обмежувач струму об’єднання в одному пристрої, який називається реле-регулятор.
В генераторах змінного струму реле зворотнього струму і обмежувач струму можуть бути відсутніми, але в будові генератора є пристрої, які виконують функції цих приладів.
Розробка регуляторів напруги з використанням технології і елементів електроніки дозволила різко знизити об’єм регулятора і в монтувати його в корпус генератора. Генератори змінного струму з вмонтованим регулятором напруги називається генераторної установкою.
Будова і принцип дії генератора змінного струму.
Генератори змінного струму мають ряд переваг перед генераторами постійного струму: меншу масу і габарити при тій же потужності; більший ресурс при більш високому рівні надійності; відсутність колектора; розміщення обмоток збудження на обертаючому роторі, що значної мірою зменшує зношення контактних кілець, так як струм збудження по відношенню до струму генератора відносно малий (не більше 10–20%); зменшення вартості експлуатаційних витрат; менші витрати міді (2–2,5 рази); можливість підвищення передаточного числа від двигуна до генератора до 2,5 і більше (в цьому випадку на обертах холостого ходу двигуна генератор віддає до 25–50% своєї потужності, що покращує умови зарядження батареї на автомобілі, а відповідно, підвищує термін її придатності).
На рис. 1 показана будова генератора змінного струму Г-250. Генератор має статор 6 з трьохфазною обмоткою, виконану в вигляді окремих котушок, насаджених на зубці статора. В кожній фазі є по шість котушок, з’єднаних послідовно; фазні обмотки статора з’єднанні зіркою, їх вихідні клеми підключенні до випрямного блоку 10.
В деяких генераторах обмотки з’єднанні трикутником. В цьому випадку провід фазних обмоток статора більш тонкий, що полегшує намотування обмоток генератора.
Пакет статора 6 набраний із пластин електротехнічної сталі. Обмотка збудження 4 генератора виконана в вигляді котушки і розміщена на стальній втулці в середині клиноподібних полюсів ротора 13. Втулка полюса ротора і контактні кільця 5 жорстко закріпленні на валу ротора 3. Магнітне поле, створене обмоткою збудження, проходячи через торці клиноподібних полюсів, утворює додатні і від’ємні полюса на роторі. При обертанні магнітне поле його полюса пересікає витки котушок обмотки статора, індукуючи в кожній фазі змінну ЕРС. Таким чином, принцип дії генератора змінного і постійного струму одинакові. Різниця лише в тому, що в генераторі постійного струму магнітний потік обмотки збудження в просторі нерухомий, а в генераторі змінного струму він обертається разом з ротором.
Струм до обмотки збудження підводиться через щітки 8 і контактні кільця 5, до яких припаяні кінці обмоток збудження. Щітки укріпленні в щіткотримачі 9. У генераторів змінного струму в контакті між щіткою і контактним кільцем відсутнє явище комутації і значно менша величина струму, який проходить через щітку. Тому термін служби щіток у генераторів змінного струму значно вищий, ніж у генераторів постійного струму.
Статор генератора з допомогою стяжних болтів закріплений між кришками 1 і 7, які мають кронштейни кріплення генератора до двигуна. Кришки відлиті із алюмінієвого сплаву. З ціллю зменшення зношування посадочне місце під підшипник в кришці 7 і отвір в кронштейнах кришок армовані стальними втулками. В кришці встановлені підшипники кочення 2 і 12 з двохстороннім ущільненням і змазкою, закладеною не весь термін служби підшипника.
На виступаючий кінець вала 3 ротора кріпиться вентилятор 14 і шків 15. В кришках є вентиляційні вікна, через які проходить охолоджуюче повітря. Напрям його руху – від кришки із сторони контактних кілець до вентилятора. Привідний шків в залежності від типу автомобіля, на який встановлюється генератор, може мати різний діаметр і січення паза під ремінь. Цим досягається уніфікація генераторів для різних типів автомобілів.
В кришці з сторони кілець встановлюється випрямний блок 10, зібраний із кремнієвих вентилів (діодів), допускаючих робочу температуру +1500С.
Регулювання напруга генератора.
З підвищенням частоти обертання колінчастого вала двигуна ЕРС в обмотках статора генератора і напруга в його зовнішньому колі збільшується. Щоб напруга залишилася в допустимих межах (приблизно 13,5...14,5 В при номінальній напрузі 12 В), на автомобілях встановлюють вібраційні, контактно-транзисторні або безконтактно-транзисторні регулятори напруги, Принцип регулювання напруги за допомогою вібраційного регулятора проілюстровано на малюнку
Відео: Генератор та Акумулятор
Домашнє завдання: Опрацювати підручник В.Ф. Кисликов, В.В. Лущик "Будова й експлуатація автомобіля" § 3.1 стор. 176-182. Відповісти на тестові завдання в зошиті.
