Электрооборудование автомобиля

Министерство образования  науки Российской Федерации

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

«Саратовский государственный  технический университет имени  Гагарина Ю.А.»

 

 

 

 

Контрольная работа

по  дисциплине «Электротехника и электрооборудование»

 

па тему: «Электрооборудование автомобиля»

 

 

Выполнил:

курс третий

специальность ЭТТК

группа 

Ф.И.О. Комлик А.А.

 

Проверил:

Ф.И.О. Никитин А.В.

 

 

 

Саратов 2013 

Содержание

 

 

1. Принцип действия вентильного  автомобильного генератора.

2. Схемы управления электростартерами

3. Измерительные устройства  автомобиля

3.1 Измерители уровня топлива

3.2 Измерители заряда автомобильных  АКБ

3.3 Спидометр и тахометр

Список литературы

 

 

1. Принцип действия  вентильного автомобильного генератора.  

 

В основе работы генератора лежит эффект электромагнитной индукции. Если катушку например, из медного провода, пронизывает магнитный поток, то при его изменении на выводах катушки появляется переменное электрическое напряжение. И наоборот, для образования магнитного потока достаточно пропустить через катушку электрический ток. Таким образом, для получения переменного электрического тока требуются катушка,по которой протекает постоянный электрический ток, образуя магнитный поток, называемая обмоткой возбуждения и стальная полюсная система, назначение которой —подвести магнитный поток к катушкам, называемым обмоткой статора, в которых наводится переменное напряжение. Эти катушки помещены в пазы стальной

конструкции, магнитопровода (пакета железа) статора. Обмотка статора с его магнитопроводом образует собственно статор генератора, его важнейшую неподвижную часть, в которой образуется электрический ток, а обмотка возбуждения с полюсной системой и некоторыми другими деталями (валом,контактными кольцами) ротор, его важнейшую вращающуюся часть. Питание обмотки возбуждения может осуществляться от самого генератора. В этом случае генератор работает на самовозбуждении. При этом остаточный магнитный поток в генераторе, т. е. поток, который образуют стальные части магнитопровода при отсутствии тока в обмотке возбуждения, невелик и обеспечивает самовозбуждение генератора только на слишком высоких частотах враще-

ния. Поэтому в схему генераторной установки, там где обмотки возбуждения не соединены с аккумуляторной батареей, вводят такое внешнее соединение,обычно через лампу контроля работоспособного состояния генераторной установки. Ток, поступающий через эту лампу в обмотку возбуждения после включения выключателя

зажигания и обеспечивает первоначальное возбуждение генератора. Сила этого тока не должна быть слишком большой, чтобы не разряжать аккумуляторную батарею, но и не слишком малой, т. к. в этом случае генератор возбуждается при слишком высоких частотах вращения, поэтому фирмы-изготовители оговаривают необходимую мощность контрольной лампы —обычно 2...3 Вт.

При вращении ротора напротив катушек обмотки статора появляются попеременно "северный", и "южный" полюсы ротора, т. е. направление магнитного потока, пронизывающего катушку, меняется, что и вызывает появление в ней переменного напряжения. Частота этого напряжения / зависит от частоты вращения ротора генератора д и числа его пар полюсов р:  

 

f=pn/60 

 

За редким исключением  генераторы зарубежных фирм, также как и отечественные, имеют шесть "южных" и шесть "северных" полюсов в магнитной системе ротора. В этом случае частота f в 10 раз меньше частоты вращения л ротора генератора. Поскольку свое вращение ротор генератора получает от коленчатого вала двигателя, то по частоте переменного напряжения генератора можно измерять частоту вращения коленчатого вала двигателя.Для этого у генератора делается вывод обмотки статора, к которому и подключается тахометр. При этом напряжение на входе тахометра имеет пульсирующий характер, т. к. он оказывается включенным паралельно диоду силового выпрямителя генератора. С учетом передаточного числа i ременной передачи от двигателя к

генератору частота сигнала  на входе тахометра связана с  частотой вращения коленчатого вала двигателя соотношением: 

 

f=pnдв(i)/60 

 

Конечно, в случае проскальзывания приводного ремня это соотношение немного нарушается и поэтому следует следить, чтобы ремень всегда был достаточно натянут. При р=6 , (в большинстве случаев) приведенное выше соотношение упрощается f=п(i)/10. Бортовая сеть требует подведения к ней постоянного напряжения.

Поэтому обмотка статора  питает бортовую сеть автомобиля через  выпрямитель, встроенный в генератор.

Обмотка статора генераторов  зарубежных фирм, как и отечественных —трехфазная. Она состоит из трех частей, называемых обмотками фаз или просто фазами, напряжение и токи в которых смещены друг относительно друга на треть периода, т.е. на 120 электрических градусов, как это показано на рис. 1. Фазы могут соединяться в "звезду" или "треугольник". При этом различают фазные и линейные напряжения и токи. Фазные напряжения Uф действуют между концами обмоток фаз, а токи Iф протекают в этих обмотках,линейные же напряжения Uл действуют между проводами, соединяющими

обмотку статора с выпрямителем. В этих проводах протекают линейные токи Iл.Естественно, выпрямитель выпрямляет те величины, которые к

нему подводятся, т. е. линейные.

При соединении в "треугольник" фазные токи в Ö3 - (корень квадратный из 3 ) раза меньше линейных, в то время как у "звезды" линейные и фазные токи равны. Это значит, что при том же отдаваемом генератором токе, ток в обмотках фаз, при соединении в "треугольник", значительно меньше, чем у"звезды".

Поэтому в генераторах  большоймощности довольно часто применяют соединение в "треугольник", т. к. при меньших токах обмотки можно наматывать более тонким проводом, что технологичнее. Однако линейные напряжения у"звезды" в Ö3 больше фазного, в то время как у "треугольника" они равны и для получения такого же выходного напряжения, при тех же частотах вращения"треугольник" требует соответствующего увеличения числа витков его фаз по сравнению со "звездой".

Более тонкий провод можно  применять и при соединении типа "звезда". В этом случае обмотку выполняют из двух параллельнных обмоток, каждая из которых соединена в "звезду", т. е. получается "двойная звезда".

Выпрямитель для трехфазной системы содержит шесть силовых  полупроводниковых диодов, три из которых: VDI, VD3 и VD5 соединены с выводом "+"генератора, а другие три: VD2, VD4 и VD6 с выводом "—("массой"). При необходимости форсирования мощности генератора применяется дополнительное плечо выпрямителя на диодах VD7, VD8, показанное на рис. 1. пунктиром. Такая схема выпрямителя может иметь место

только при соединении обмоток статора в "звезду", т. к. дополнительное плечо запитывается от "нулевой" точки "звезды".

У значительного количества типов генераторов зарубежных фирм обмотка возбуждения подключается к собственному выпрямителю, собранному на диодах VD9—D11.Такое подключение обмотки возбуждения препятствует протеканию через нее тока разряда аккумуляторной батареи при неработающем двигателе автомобиля. Полупроводниковые диоды находятся в открытом состоянии и не оказывают существенного сопротивления прохождению тока при приложении к ним напряжения в прямом направлении и практически не пропускают ток при обратном напряжении.

Рис. 1. Принципиальная схема генераторной установки. 

 

Uф1-Uф3- напряжение в обмотках фаз,

Ud -выпрямленное напряжение:

1. 2. 3 - обмотки трех фаз статора;

4 - диоды силового выпрямителя;

5 -аккумуляторная батарея;

6 - нагрузка;

7 - диоды выпрямителя обмотки возбуждения;

8 - обмотка возбуждения;

9 - регулятор напряжения

Рис.2. Представление фазного напряжения Uф в виде суммы синусоид первой, U1, и третьей, U3 гармоник

По графику фазных напряжений (см. рис. 1) можно определить,какие диоды открыты, а какие закрыты в данный момент. Фазные напряжения Uф1, действует в обмотке первой фазы, Uф2- второй,Uф3- третьей. Эти напряжения изменяются по кривым, близким к

синусоиде и в одни моменты  времени они положительны, в другие отрицательны. Если положительное направление напряжения в фазе принять по стрелке, направленной к нулевой точке обмотки статора, а отрицательное от нее то, например, для момента времени t1 когда напряжение второй фазы отсутствует, первой фазы - положительно, а третьей - отрицательно.Направление напряжений фаз соответствует стрелкам показанным на рис. 1.Ток через обмотки,диоды и нагрузку будет протекать в направлении этих стрелок.

При этом открыты диоды VDI и VD4. Рассмотрев любые другие моменты времени легко убедиться, что в трехфазной системе напряжения, возникающего в обмотках фаз генератора, диоды силового выпрямителя переходят из открытого состояния в закрытое и обратно таким образом,что токв нагрузке имеет только одно направление - от вывода "+" генераторной установки к ее выводу "—" ("массе"), т. е. в нагрузке протекает постоянный (выпрямленный) ток.Диоды выпрямителя обмотки возбуждения работают аналогично, питая выпрямленным током эту обмотку. Причем в выпрямитель обмотки возбуждения тоже входят 6 диодов, но три из них VD2, VD4, VD6 общие с силовым выпрямителем. Так в момент времени ^ открыты диоды VD4 и VD9, через которые выпрямленный ток и поступает в обмотку возбуждения. 

 

Этот ток значительно  меньше, чем ток, отдаваемый генератором в нагрузку.Поэтому в качестве диодов VD9—VDI 1 применяются малогабаритные слаботочные диоды на ток не более 2 А (для сравнения, диоды силового выпрямителя допускают протекание токов силой до 25... 35 А).

Остается рассмотреть  принцип работы плеча выпрямителя, содержащего диоды VD7 и VD8. Если бы фазные напряжения изменялись чисто по синусоиде, эти диоды вообще не участвовали бы в процессе преобразования переменного тока в постоянный. Однако в реальных генераторах форма фазных напряжений отличается от синусоиды. Она представляет собой сумму синусоид, которые называются гармоническими составляющими или гармониками - первой,частота которой совпадает с частотой фазного напряжения, и высшими,главным образом, третьей, частота которой в три раза выше, чем первой.Представление реальной формы фазного напряжения в виде суммы двух гармоник (первой и третьей) показано на рис.2. Из электротехники известно,что в линейном напряжении, т. е. в том напряжении, которое подводится к выпрямителю и выпрямляется, третья гармоника отсутствует. Это объясняется тем, что третьи гармоники всех фазных напряжений совпадают по фазе, т. е.одновременно достигают одинаковых значений и при этом взаимно уравновешивают и взаимоуничтожают друг друга в линейном напряжении.Таким образом, третья гармоника в фазном напряжении присутствует, а в линейном - нет. Следовательно мощность, развиваемая третьей гармоникой фазного напряжения не может быть использована потребителями. Чтобы использовать эту мощность добавлены диоды VD7 и VD8, подсоединенные к нулевой точке обмоток фаз, т. е. к точке где сказывается действие фазного напряжения. Таким образом, эти диоды выпрямляют только напряжение третьей гармоники фазного напряжения. Применение этих

диодов увеличивает мощность генератора на 5...15% при частоте вращения более3000 мин-1.

Выпрямленное напряжение, как это показано на рис. 1, носит пульсирующий характер. Эти пульсации можно использовать для диагностики выпрямителя.Если пульсации идентичны —выпрямитель работает нормально, если же картинка на экране осциллографа имеет нарушение

 

 

2. Схемы управления электростартерами

Схемы внутренних соединений электростартеров с последовательным и смешанным возбуждением с использованием одно- и двухобмоточных тяговых реле приведены на рис. 24. 

Однообмоточное тяговое реле подключается к аккумуляторной батарее GB (рис. 25, а) переводом ключа выключателя зажигания 2 с контактами S1в нефиксированное положение «стартер». Якорь тягового реле втягивается в электромагнит, с помощью рычажного механизма вводит шестерню привода в зацепление с венцом маховика и в конце хода замыкает силовые контакты реле К1 в цепи электродвигателя М. 

Силовые контакты замыкаются до полного ввода шестерни в зацепление. Если шестерня упирается в венец  маховика, якорь реле продолжает перемещаться вследствие сжатия буферной пружины  привода и замыкает силовые контакты. Якорь с шестерней начинают вращаться, и шестерня под действием буферной пружины входит в зацепление, когда зуб шестерни устанавливается против впадины зубчатого венца маховика. Использование дополнительного усилия в шлицевом соединении вала и направляющей втулки ведущей обоймы роликовой муфты свободного хода для перемещения шестерни позволяет уменьшить тяговое усилие и ход якоря электромагнита, размеры и массу тягового реле. 

Для отключения стартера необходимо снять усилие с ключа выключателя  зажигания. Ключ автоматически займет положение «Зажигание». При этом якорь отключенного от источника  тока тягового реле и приводной механизм под действием пружины возвращаются в исходное положение. 

В стартерах с двухобмоточными реле (рис. 25, б и в) при замыкании контактов S1 выключателя зажигания 2 ток от батареи проходит через втягивающую и удерживающую обмотки. При замыкании контактов реле К1 втягивающая обмотка замыкается накоротко.

 

 

 

 

 

 

Обмотки тягового реле К1 могут подключаться к источнику тока через контакты вспомогательного реле К2 (рис. 25, в, г и д). Дополнительный контакт 17 в тяговом реле или во вспомогательном реле замыкает накоротко добавочный резистор катушки зажигания. 

В рассмотренных схемах управления после пуска двигателя следует  немедленно выключить стартер, так  как при длительном вращении ведомой  обоймы с шестерней привода возможно заклинивание роликовой муфты свободного хода и повреждение якоря. Включение  стартера при работе двигателя может  привести к повреждению зубьев шестерни и венца маховика или выходу из строя муфты свободного хода.