На автомобилях применяют системы электроснабжения постоянного тока. В систему электроснабжения входят:
- источники электрической энергии (генератор, аккумуляторная батарея);
- регулирующие устройства;
- элементы контроля и защиты от возможных аварийных режимов (реле и контрольная лампа или одна контрольная лампа).
Основным источником электрической энергии в системе электроснабжения является генератор переменного тока с выпрямителем (вентильный генератор), который приводится во вращение от двигателя внутреннего сгорания посредством ременной передачи. Специальный узел генератора - выпрямитель обеспечивает преобразование переменного тока в постоянный. Переменный ток выпрямляется полупроводниковыми диодами (вентилями), поэтому такие генераторы называются вентильными.
Таким образом, вентильный генератор - это генератор переменного тока, в котором переменный ток выпрямляется полупроводниковыми диодами. Благодаря использованию полупроводникового выпрямителя значительно повысились надежность и удельная мощность генератора, упростилась его конструкция по сравнению с генератором постоянного тока с механическим выпрямителем - коллектором, уменьшилась трудоемкость технического обслуживания в эксплуатации, расширился диапазон рабочих частот вращения ротора генератора.
Кроме электроснабжения потребителей, входящих в систему электрооборудования автомобиля, генератор должен обеспечивать заряд аккумуляторной батареи при работающем двигателе. Выходные параметры генераторной установки выбираются такими, чтобы на любых режимах движения автомобиля не происходил прогрессивный разряд аккумуляторной батареи. Напряжение в бортовой сети автомобиля должно быть стабильным в широком диапазоне изменения частот вращения ротора генератора и коленчатого вала двигателя. Последнее требование связано с тем, что аккумуляторная батарея чувствительна к уровню и степени стабильности напряжения. Слишком низкое напряжение приводит к недозаряду батареи и, как следствие, к затруднениям при осуществлении пуска двигателя. Слишком высокое напряжение вызывает перезаряд батареи и ускоренный выход ее из строя. Весьма чувствительны к уровню напряжения бортовой сети лампы приборов освещения и сигнализации.
Генератор с регулятором напряжения образует генераторную установку. Генераторные установки в процессе развития претерпели существенные изменения. Коллекторные генераторы постоянного тока, работавшие совместно с вибрационными реле-регуляторами, вытеснены вентильными генераторами с транзисторными или тиристорными регуляторами напряжения. Большинство генераторов в настоящее время представляют собой устройство, в которое встроены выпрямитель (в ряде случаев и дополнительный для питания обмоток возбуждения) и регулятор напряжения. Существенно усложнились схемы генераторных установок. В них появились элементы защиты от возможных аварийных режимов.
При наличии встроенного в генератор интегрального регулятора напряжения упрощается монтаж генераторной установки на автомобиле, снижается трудоемкость технического обслуживания, уменьшается расход монтажных проводов, снижается вероятность возникновения аварийных режимов из-за коротких замыканий в проводах и ошибок при монтаже.
Генераторная установка способна выдерживать повышенные вибрации двигателя, высокую подкапотную температуру, воздействие влажной среды, грязи и других факторов.
Режим работы потребителей электроэнергии на автомобиле характеризуется широким диапазоном изменения нагрузки и ее случайным характером. Скоростной режим работы генератора, приводимого во вращение от двигателя автомобиля, также имеет случайный характер. При этом даже при частоте вращения коленчатого вала двигателя в режиме холостого хода генератор должен развивать мощность, достаточную для электроснабжения системы зажигания, контрольно-измерительных приборов, габаритных огней и фонарей освещения номерного знака.
Параллельная работа генератора с аккумуляторной батареей связана со случайным характером распределения нагрузки между ними. Аккумуляторная батарея на автомобиле выполняет функции как источника, так и потребителя электрической энергии. Распределение нагрузки между генератором и аккумуляторной батареей зависит от многих факторов, основными из которых являются скоростной режим и зависимость от частоты вращения ротора генератора силы отдаваемого тока, уровень регулируемого напряжения, состояние аккумуляторной батареи, температура окружающей среды.
Климатическое исполнение генераторной установки требует определенных условий эксплуатации. Максимальная температура среды в моторном отделении, где располагается генераторная установка, должна соответствовать температурному ряду: 70, 80,90 и 100°C. При этом значение той температуры из этого ряда, на которую рассчитаны элементы генераторной установки, указывается в их технической документации.
Минимальная температура в моторном отделении не должна быть ниже -40°C для генераторных установок, предназначенных для эксплуатации в зонах умеренного или холодного климата, и -20°C для генераторных установок тропического исполнения. Кроме того, пребывание элементов генераторной установки в нерабочем состоянии при температуре -60°C (умеренный и холодный климат) и -45°C (тропическое исполнение) не должно выводить генераторную установку из строя.
Генераторная установка не должна терять работоспособность при относительной влажности воздуха (95±3)%, температуре (40±2)°C и снижения атмосферного давления до 56,5 кПа (460 мм рт.ст.). Снижение атмосферного давления влияет в основном на производительность вентилятора генератора. Чем ниже атмосферное давление, тем менее интенсивно прокачивается охлаждающий воздух через генератор и тем выше температура его узлов.
Насыщенность современных генераторных установок электронными компонентами выдвигает дополнительные требования по сохранению их работоспособности в условиях электромагнитных воздействий, в частности импульсных напряжений бортовой сети, которые возникают как в нормальном, так и аномальном режимах работы генератора.
При применении электронных устройств особые требования предъявляются к характеру изменения выходного напряжения генераторной установки. Импульсное напряжение возникает в системе электроснабжения как при нормальных режимах работы в результате действия переключающих устройств (диодов выпрямителя и транзисторов регулятора напряжения), так и в аварийных режимах, например при внезапном отключении аккумуляторной батареи. Кратковременные импульсы напряжения в системе электроснабжения не должны превышать 150 В, которые могут выдерживать полупроводниковые элементы генераторной установки.
Система генерирования электрической энергии в первую очередь характеризуется установленной мощностью генератора. Мощность генераторных установок существенно возрастает. Уже к началу 90-х годов эта мощность возросла до 800-900 Вт. На автомобилях высшего класса мощность генератора на 300-400 Вт выше, что объясняется наличием приборов повышенного комфорта в салоне, прежде всего кондиционера.
На современных легковых автомобилях среднего класса и грузовых автомобилях преобладают генераторные установки, рассчитанные на максимальную силу тока 50-70 А, а на автомобилях высшего класса -до 90-100 А, т.е. максимальная мощность, отдаваемая потребителям, достигает 1,4-1,5 кВт. При таких мощностях становится важным обеспечить высокий КПД генераторной установки. Мощность, забираемая генераторной установкой от автомобильного двигателя при максимальной частоте вращения коленчатого вала, приближается к 4,5 кВт. В этом случае расход топлива на привод генератора может составлять 6% общего расхода, причем 75% этого расхода топлива теряется на нагрев узлов генераторной установки.
Рост установленной мощности генератора обусловлен как повышением мощности и числа потребителей электрической энергии, так и увеличением функций, выполнение которых связано с использованием электрической энергии.
Благодаря широкому применению полупроводниковой техники разработаны различные системы автоматического управления, регулирования и защиты, выполненные на новой элементной базе и позволившие существенно расширить круг задач, решаемых с помощью электрооборудования, повысить надежность его работы.
Надежность функционирования системы электроснабжения в значительной степени предопределяет безопасность движения автомобиля. Система электроснабжения должна выполнять заданные функции, сохраняя требуемые эксплуатационные показатели в необходимых пределах при заданных режимах и условиях работы в течение требуемого периода времени.
Параметрами, характеризующими генераторную установку, являются также номинальное напряжение генератора, уровень и диапазон изменения регулируемого напряжения, качество электрической энергии, диапазон частот вращения ротора генератора и передаточное число привода генератора.
Отдачу электрической энергии генератором даже при минимальной частоте вращения ротора, соответствующей минимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя в режиме холостого хода, можно обеспечить путем увеличения передаточного числа ременной передачи привода генератора. Однако при передаточном числе, большем 3, снижается срок службы ремней и увеличиваются механические нагрузки на вращающиеся узлы и детали генератора и на подшипники.
Отдача электрической энергии генератора зависит от дорожных условий, грузопотока автомобилей, времени суток и года. Частота вращения коленчатого вала двигателя и связанного с ним ременной передачей генератора изменяется в зависимости от режима движения. В черте города скорость автомобиля ограничена условиями уличного движения и существенно ниже, чем при движении автомобиля по загородному шоссе.
Наиболее нагружен генератор при работе ночью в зимний период эксплуатации, когда включены отопитель, обогреватели стекол, приборы системы освещения и световой сигнализации. Потребляемая сила тока в этом случае составляет 55—80% максимальной силы тока отдачи генератора. При движении автомобиля днем в теплый период года токовая нагрузка генератора минимальна и сила тока не превышает 10—20% максимальной.
Генераторные установки автомобилей имеют номинальное напряжение 14 и 28 В. Напряжение 28 В характерно для автомобилей с дизелем. У грузовых автомобилей ЗИЛ с дизелями система электроснабжения обеспечивает два уровня напряжения: 14 В - непосредственно на генераторе для электроснабжения основных потребителей; 28 В - на выходе трансформаторно-выпрямительного блока для подзаряда аккумуляторной батареи, используемой при пуске двигателя.
Комментарии посетителей