Лекция 2

Основные технические требования, предъявляемые к автотракторному электрооборудованию

Условия эксплуатации автотракторного электрооборудования. Основные технические требования

Условия работы автотракторного электрооборудования определяются, прежде всего, условиями эксплуатации автомобиля и трактора, а также местом установки отдельных устройств.

Современное автотракторное электрооборудование эксплуатируется в разных климатических зонах. В зависимости от климатических условий эксплуатации изделия автотракторного электрооборудования и приборы выпу­скаются в следующих исполнениях:

1. для умеренного климата (У);

2. для холодного климата (ХЛ);

3. общеклиматического исполнения (О);

4. для тропического климата (Т).

Условия эксплуатации элементов электрооборудования испол­нений У, ХЛ и Т приведены в табл. 2.1.

Электрооборудование должно сохранять работоспособность после воздействия температуры -60 0 С для исполнения ХЛ и -45 0 С для исполнения У и Т во время хранения.

При низких температурах, например, сни­жается емкость аккумуляторных батарей и механическая проч­ность электрической изоляции; при высоких снижается надежность работы электронных систем, сокра­щается срок службы аккумуляторных батарей.

Электрооборудование во время эксплуатации подвергается воздействию вибрационных перегрузок. Например, вибрация приборов, установленных на двигателе, может дости­гать 10 - 15 дБ.

Децибел - это безразмерная единица, применяемая для измерения отношения некоторых величин - «энергетических» (мощности, энергии, плотности потока мощности и т. п.) или «силовых» (силы тока, напряжения и т. п.). Децибел - это относительная величина.

Динамические перегрузки, воздействующие на элементы электрооборудования, нарушают нормальный ре­жим их работы, снижают прочность, увеличивают износ, что может привести к их повреждению или разру­шению.

В процессе эксплуатации на элементы электрооборудования попадает грязь, масло, пыль, вода содержащая соли, топливо. Это вызывает снижение электрической прочности, старение изоляции и коррозию металлических поверхностей элементов электрооборудования. Защита от коррозии осуществляется лакокрасочными, химическими, гальваническими покрытиями. Выбор вида защитного покрытия производят в соответствии с назначением детали, узла или изделия с учетом четом их конструктивных особенностей. Изделия автотракторного электрооборудования должны быть защищены от попадания посторонних предметов, вредных отложений и воды.

Изделия электрооборудования должны быть совместимы между собой и внешней средой и сохранять работоспособность в условиях электромагнитного воздействия.

Потребители электроэнергии на автомобилях или тракторах должны функционировать при изменении подводимого напряже­ния от 0,9 до 1,25 от установленного для них номинального на­пряжения.

Номинальные данные изделий электрооборудования измеряют при номинальном напряжении. Номинальная мощность, номи­нальный ток и другие величины соответствуют работе электро­оборудования при температуре 25 ± 10°С, относительной влажности 45 - 80% и атмосферном давлении (8,7 - 10,6) 10 4 Па.

Все элементы автотракторного электрооборудования должны без повреждения изоляции выдерживать испытание на электриче­скую прочность изоляции обмоток и токоведущих деталей относи­ло корпуса. Изоляция обмоток и токоведущих элементов относительно корпуса должна выдерживать без повреждений в течение 1 мин воздействие испытательного напряжения 550 В частотой 50 Гц.

Аппараты системы зажигания, генераторы, регуляторы и др., в процессе работы на автомобиле излучают электромагнитные волны, т. е. являются источниками интенсивных радиопомех. Радиопомехи ухудшают работу телевизионных и радиоприемных устройств, расположенных на автомобиле или вблизи него. Уровень радиопомех от излучаемых электрооборудованием не должен превышать величины, предусмотренной общесоюзными кормами допустимых индустриальных радиопомех.

Съемные детали и узлы, поставляемые в запасные части, должны быть взаимозаменяемы. С точки зрения технологичности конструк­ция изделий и приборов электрооборудования должна удовлетво­рять требованиям крупносерийного и массового производства при минимальной затрате труда и материалов.

Изделия и приборы должны иметь минимальную себестоимость и трудоемкость в экс­плуатации.

Срок службы изделий электрооборудования измеряется про­бегом автомобиля в километрах или числом моточасов работы двигателя. Например, по техническим требованиям на генераторы переменного тока и транзисторные регуляторы напряжения уста­новлен срок службы не менее 300 тыс. км пробега автомобиля.

Материалы: http://studopedia.su/3_47400_lektsiya-.html

Общие требования к тракторному электрооборудованию. Современные тракторы комплектуются электрооборудованием, представляющим собой сложный комплекс взаимосвязанных электрических и электронных систем, приборов и устройств, обеспечивающих надежное функционирование силовой установки, трансмиссии и ходовой части, безопасность движения, автоматизацию рабочих процессов и нормальные условия труда тракториста.

Электрооборудование включает в себя: систему электроснабжения, систему пуска двигателя, систему зажигания вспомогательного пускового двигателя, систему освещения и световой сигнализации, звуковой сигнал, контрольно-измерительные приборы, дополнительное оборудование, электропривод, коммутационную и защитную аппаратуру.

В систему электроснабжения входят генераторная установка и аккумуляторная батарея.

К системе электростартерного пуска относят электростартер, аккумуляторную батарею, реле управления, реле блокировки стартера и электротехнические устройства для облегчения пуска двигателя.

Система зажигания от магнето обеспечивает воспламенение рабочей смеси в цилиндрах пускового двигателя искровым разрядом, возникающим между электродами свечи зажигания.

Система освещения и световой сигнализации состоит из фар головного и рабочего освещения, задней фары, габаритных огней, указателей поворота, стоп-сигналов, фонарей заднего хода и различных реле управления ими.

В комплект контрольно-измерительных приборов входят указатели и датчики тока заряда-разряда, напряжения бортовой сети, температуры, давления масла, уровня топлива в топливном бакс, скорости движения трактора, частоты вращения двигателя и моточасов.

Электропривод применяется в системах стеклоочистителя, отопления, вентиляции и предпускового подогрева двигателя.

К коммутационной аппаратуре относятся выключатели, переключатели, реле различного назначения, предохранители и блоки предохранителей, соединительные панели и разъемные соединения.

Количество и мощность потребителей электроэнергии на тракторах постоянно увеличиваются, на смену устаревшему электрооборудованию приходят новые, в том числе электронные изделия и системы. Техническое состояние электрооборудования во многом определяет эксплуатационную надежность, производительность, экономичность и экологические характеристики трактора.

Условия работы электрооборудования на тракторах зависят от климатической зоны эксплуатации и места установки отдельных изделий на тракторе. Изделия электрооборудования выпускаются в климатических исполнениях У (для умеренного климата), ХЛ (для холодного климата), Т (для тропического климата), О (общеклиматическое исполнение). Исполнения типа У-ХЛ, У-Т и т.д. предусматривают возможность эксплуатации электрооборудования в нескольких климатических районах.

В зависимости от климатического исполнения электрооборудование тракторов должно быть работоспособным в следующих условиях: устанавливаемое на двигателе и в моторном отделении при температурах 70, 80, 90 и 100°С; устанавливаемое в кабине или снаружи — от 55 до 65°С, а при отрицательных температурах для исполнения У при температуре -45°С, для исполнения ХЛ при температуре -60°С, для исполнения Т при температуре -20 °С. Кроме того, изделия электрооборудования должны сохранять работоспособность после воздействия температуры -60°С для исполнения ХЛ, -50°С для исполнения У и -45°С для исполнения Т (при транспортировании и во время нерабочих периодов трактора). Относительная влажность воздуха 95±3%, для всех исполнений при температуре 40°С, минимальное атмосферное давление 61кПа на высоте 4000м над уровнем моря.

Изделия электрооборудования должны выдерживать также значительные вибрационные и ударные нагрузки (табл. 1).

Таблица 1. Допустимые вибрационные и ударные нагрузки для изделий тракторного электрооборудования

Допустимые значения превышения температуры для электрических машин и аппаратов длительного режима работы при температуре окружающей среды +70°С приведены в табл. 2.

Таблица 2. Допустимые тепловые нагрузки электрических машин и аппаратов длительного режима работы

Изделия тракторного электрооборудования должны быть защищены от проникновения посторонних тел, пыли, воды, обеспечивать надежную и безотказную работу в эксплуатации в течение требуемого срока службы.

Ресурс изделий электрооборудования тракторов измеряется числом часов работы двигателя или числом включений. Защита от коррозии должна осуществляться лакокрасочными, гальваническими, химическими покрытиями или их сочетаниями.

Изделия электрооборудования могут быть рассчитаны на продолжительный номинальный режим работы S1, кратковременный номинальный режим работы S2 с длительностью периода неизменной номинальной нагрузки 5, 10 и 30мин и повторно-кратковременный номинальный режим с продолжительностью включения 15, 25, 40 и 60%.

Электрические машины и магнето должны выдерживать испытание на повышенную частоту вращения в режиме холостого хода в течение 20с (стартеры и другие электрические машины с режимом работы менее 1 мин) и 2 мин (остальные электрические машины и магнето). Испытательная частота вращения должна быть на 20% выше максимальной частоты вращения, возможной в эксплуатации, для магнето и частоты вращения в режиме холостого хода для стартеров.

Изделия тракторного электрооборудования должны работать в однопроводной схеме, в которой с корпусом трактора соединен отрицательный вывод системы. Допускается изготовление изделий, у которых от корпуса изолированы оба вывода.

Номинальные параметры изделий тракторного электрооборудования (номинальные мощность, сила тока, напряжение и др.) относятся к работе при температуре (25±10)°С, относительной влажности 45…80% и атмосферном давлении 650…800мм рт. ст. В условиях, отличающихся от указанных, номинальные параметры могут быть изменены на величину, оговоренную в стандартах на отдельные виды изделий. Все номинальные параметры измеряются при номинальном напряжении.

Номинальное напряжение системы электрооборудования трактора и потребителей электроэнергии должно быть 12 или 24В, а источников (генераторных установок) — 14 и 28В.

Потребители электроэнергии, работающие при движении трактора или сельскохозяйственной машины должны быть работоспособными при изменении подводимого напряжения в пределах от 90 до 125% установленного для них номинального напряжения.

Схемы электрооборудования. Для тракторов установлены два типа схем: принципиальная и соединений (монтажная). Принципиальная схема дает представление о способе включения различных электропотребителей к источникам тока, принципе действия потребителей в системе электрооборудования и их взаимодействии между собой, позволяет проследить пути тока в электрических цепях, облегчает поиск неисправностей. Схема соединений показывает фактическое расположение потребителей электроэнергии на тракторе, облегчает монтаж и ремонт электрооборудования. На схеме соединений показаны реальные пучки проводов с указанием мест выхода из пучка каждого провода.

При выборе мест подключения потребителей необходимо соблюдать следующие основные положения. Приборы электрооборудования, потребляющие ток большой силы и работающие кратковременно, а также приборы, работа которых необходима в аварийных случаях, подключают к линии указатель тока — аккумуляторная батарея. К этой группе потребителей относятся электростартер, звуковой сигнал, подкапотная лампа, штепсельная розетка переносной лампы. Остальные потребители подключают к линии указатель тока — генератор: через выключатель потребителей и стартера, если они используются только при работающем двигателе; непосредственно к линии указатель тока — генератор, если они потребляют ток небольшой силы и используются в течении длительного времени как при работающем, так и неработающем двигателе.

Цепи электроснабжения всех потребителей, кроме цепи системы пуска, защищают предохранителями. Правую и левую стороны системы освещения и сигнализации рекомендуется защищать отдельными предохранителями.

Номинальное напряжение систем электрооборудования тракторов 12 или 24В. Применение напряжения 24В связано с необходимостью обеспечения надежного пуска дизеля. При мощностях электростартеров для тракторных дизелей от 4 до 12кВт сила тока в стартерной сети при номинальном напряжении 12В достигает 500… 1000А. Переход на 24В позволяет примерно в 2 раза уменьшить силу тока и в 4 раза — потери мощности в стартерной сети при тех же площадях сечения стартерных проводов. Снижение потребляемой мощности позволяет уменьшить емкость и размеры аккумуляторной батареи.

В системах электрооборудования применяют провода низкого напряжения (до 48В) и высокого (для систем зажигания от магнето на пусковых двигателях). В качестве изоляции автотракторных проводов используют резину или поливинилхлоридный пластик.

Провода с пластиковой изоляцией масло-, бензино- и кислотостойки, работоспособны при высоких и низких температурах, обладают способностью к нераспространению горения. Провода имеют различную расцветку для удобства нахождения их в пучке. Концы проводов в пучках имеют наконечники под винтовые зажимы.

Максимально допустимая сила тока в одиночно проложенном проводе зависит от сечения провода, типа изоляции и температуры окружающей среды. В пучке, содержащем от двух до семи проводов сечением 0,5…4,0мм 2 , допустимая сила тока должна быть снижена до 55% допустимой силы тока в одиночном проводе.

Надежность работы системы электрооборудования существенно зависит от состояния и переходного сопротивления контактных соединений.

Сечения проводов для отдельных участков подбирают в соответствии с токовой нагрузкой из условия максимально допустимого нагрева и проверяют по допустимому падению напряжения. При этом особое внимание уделяется цепям электроснабжения приборов освещения и световой сигнализации и других систем, работа которых существенно зависит от уровня подведенного напряжения.

На рис. 1 приведена принципиальная схема электрооборудования трактора.

Рис. 1. Принципиальная схема электрооборудования трактора: 1 — передняя фара; 2 — реле стартера; 3 — электрофакельный подогреватель; 4 — звуковой сигнал; 5, 16, 34 и 35 — соединительные панели; 6 — датчик сигнализатора температуры; 7 — генератор; 8 — датчик сигнализатора давления; 10 — электродвигатель вентилятора; 11 — громкоговоритель; 12 — антенна; 13 — стеклоочиститель; 14 — радиоприемник; 15 — предохранитель радиоприемника; 17 — выключатель стеклоочистителя; 18 — выключатель электродвигателей вентилятора; 19 — выключатель задних (рабочих) фар; 20 — указатель уровня топлива; 21 — лампы освещения щитка приборов; 22 — тахоспидометр; 23 и 58 — штепсельные разъемы щитка приборов; 24 — плафон; 25 — переключатель света; 26 — выключатель электродвигателя омывателя ветрового стекла; 27 — электродвигатель омывателя лобового стекла; 28 — центральный переключатель света; 29 — добавочное сопротивление; 30 — контрольный элемент; 31 — выключатель подогревателя и стартера; 32 — выключатель стоп-сигнала; 33 — штепсельная розетка; 36 — задний фонарь; 37 — задние фары; 38 — фонарь освещения номерного знака; 39 — датчик указателя уровня топлива; 40 — выключатель контрольной лампы стояночного тормоза; 41 — выключатель блокировки пуска; 42 — реле блокировки электродвигателей вентилятора; 43 — переключатель указателей поворота; 44 — реле указателей поворота; 45, 47 и 52 — контрольные лампы включателя дальнего света, указатель поворота стояночного тормоза; 46 — указатель температуры воды; 48 — указатель силы тока; 49 и 50 — контрольные лампы сигнализаторов аварийной температуры воды и аварийного давления в смазочной системе дизеля; 51 — выключатель звукового сигнала; 53 — выключатель «массы»; 54 — блоки предохранителей; 55 — аккумуляторные батареи; 56 — переносная лампа; 57 — розетка переносной лампы; 59 — соединительная штекерная колодка; 60 — стартер; 61 — датчик указателя температуры воды; 62 — выключатель пускового приспособления; 63 — пусковое приспособление для впрыскивания легковоспламеняющейся жидкости.

[Тракторы. Конструкция. Под общ. ред. И. П. Ксеневича, В. М. Шарипова. 2001г.]

Материалы: http://texnika.megapetroleum.ru/trebovaniya-k-traktornomu-elektrooborudovaniyu/

Современные тракторы комплектуются электрооборудованием, представляющим собой сложный комплекс взаимосвязанных электрических и электронных систем, приборов и устройств, обеспечивающих надежное функционирование силовой установки, трансмиссии и ходовой части, безопасность движения, автоматизацию рабочих процессов и нормальные условия труда тракториста. Электрооборудование включает в себя: систему электроснабжения, систему пуска двигателя, систему зажигания вспомогательного пускового двигателя, систему освещения и световой сигнализации, звуковой сигнал, кон- трольно-измерительные приборы, дополнительное оборудование, электропривод, коммутационную и защитную аппаратуру.

В систему электроснабжения входят генераторная установка и аккумуляторная батарея. К системе электростартерного пуска относят электростартер, аккумуляторную батарею, реле управления, реле блокировки стартера и электротехнические устройства для облегчения пуска двигателя. Система зажигания от магнето обеспечивает воспламенение рабочей смеси в цилиндрах пускового двигателя искровым разрядом, возникающим между электродами свечи зажигания.

Система освещения и световой сигнализации состоит из фар головного и рабочего освещения, задней фары, габаритных огней, указателей поворота, стоп-сигналов, фонарей заднего хода и различных реле управления ими. В комплект контрольно-измерительных приборов входят указатели и датчики тока заряда-разряда, напряжения бортовой сети, температуры, давления масла, уровня топлива в топливном баке, скорости движения трактора, частоты вращения двигателя и моточасов.

Электропривод применяется в системах стеклоочистителя, отопления, вентиляции и предпускового подогрева двигателя. К коммутационной аппаратуре относятся выключатели, переключатели, реле различного назначения, предохранители и блоки предохранителей, cоединительные панели и разъемные соединения.

Количество и мощность потребителей электроэнергии на тракторах постоянно увеличиваются, на смену устаревшему электрооборудованию приходят новые, в том числе электронные изделия и системы. Техническое состояние электрооборудования во многом опре-

деляет эксплуатационную надежность, производительность, экономичность и экологические характеристики трактора.

Условия работы электрооборудования на тракторах зависят от климатической зоны эксплуатации и места установки отдельных изделий на тракторе. Изделия электрооборудования выпускаются в климатических исполнениях У (для умеренного климата), ХЛ (для холодного климата), Т (для тропического климата), О (общеклиматическое исполнение). Исполнения типа У-ХЛ, У-Т и т.д. предусматривают возможность эксплуатации электрооборудования в нескольких климатических районах.

В зависимости от климатического исполнения электрооборудование тракторов должно быть работоспособным в следующих условиях: устанавливаемое на двигателе и в моторном отделении при температурах 70, 80, 90 и 100 ° С; устанавливаемое в кабине или снаружи - от 55 до 65 ° С, а при отрицательных температурах для исполнения У при температуре -45 ° С, для исполнения ХЛ при темперауре -60 ° С, для исполнения Т при температуре -20 ° С. Кроме того, изделия электрооборудования должны сохранять работоспособность после воздействия температуры -60 ° С для исполнения ХЛ, -50 ° С для исполнения У и -45 ° С для исполнения Т (при транспортировании и во время нерабочих периодов трактора). Относительная влажность воздуха 95± 3 %, для всех исполнений при температуре 40 ° С, минимальное атмосферное давление 61 кПа на высоте 4000 м над уровнем моря.

Изделия электрооборудования должны выдерживать также значительные вибрационные и ударные нагрузки (табл. 3.1).

3.1. Допустимые вибрационные и ударные нагрузки для изделий тракторного электрооборудования

Частота вибрации, Гц

Допустимые значения превышения температуры для электрических машин и аппаратов длительного режима работы при температуре окружающей среды +70 ° С приведены в табл. 3.2. Изделия тракторного электрооборудования должны быть защищены от проникно-

вения посторонних тел, пыли, воды, обеспечивать надежную и безотказную работу в эксплуатации в течение требуемого срока службы.

3.2. Допустимые тепловые нагрузки электрических машин и аппаратов длительного режима работы

Наименование частей электриче-

Допустимые превышения температуры, ° С,

ских машин и аппаратов

для классов изоляционных материалов

Обмотки генераторов и электро-

Коллекторы и контактные кольца

Обмотки реле различного назна-

Ресурс изделий электрооборудования тракторов измеряется числом часов работы двигателя или числом включений. Защита от коррозии должна осуществляться лакокрасочными, гальваническими, химическими покрытиями или их сочетаниями.

Изделия электрооборудования могут быть рассчитаны на продолжительный номинальный режим работы S1, кратковременный номинальный режим работы S2 с длительностью периода неизменной номинальной нагрузки 5, 10 и 30 мин и повторно-кратковременный номинальный режим с продолжительностью включения 15, 25, 40 и 60 %.

Электрические машины и магнето должны выдерживать испытание на повышенную частоту вращения в режиме холостого хода в течение 20 с (стартеры и другие электрические машины с режимом работы менее 1 мин) и 2 мин (остальные электрические машины и магнето). Испытательная частота вращения должна быть на 20 % выше максимальной частоты вращения, возможной в эксплуатации, для магнето и частоты вращения в режиме холостого хода для стартеров.

Изделия тракторного электрооборудования должны работать в однопроводной схеме, в которой с корпусом трактора соединен отрицательный вывод системы. Допускается изготовление изделий, у которых от корпуса изолированы оба вывода.

Номинальные параметры изделий тракторного электрооборудования (номинальные мощность, сила тока, напряжение и др.) относятся к работе при температуре (25± 10) ° С, относительной влажности 45…80 % и атмосферном давлении 650…800 мм рт. ст. В условиях, отличающихся от указанных, номинальные параметры могут быть изменены на величину, оговоренную в стандартах на отдельные виды изделий. Все номинальные параметры измеряются при номинальном напряжении.

Номинальное напряжение системы электрооборудования трактора и потребителей электроэнергии должно быть 12 или 24 В, а источников (генераторных установок) - 14 и 28 В.

Потребители электроэнергии, работающие при движении трактора или сельскохозяйственной машины должны быть работоспособными при изменении подводимого напряжения в пределах от 90 до 125 % установленного для них номинального напряжения.

Аккумуляторная батарея обеспечивает электроснабжение стартера, который является основным потребителем энергии при пуске тракторного дизеля или вспомогательного пускового бензинового двигателя, а также других потребителей при неработающем генераторе или его недостаточной мощности. Во втором случае аккумуляторная батарея работает параллельно с генератором. Работа в стартерном режиме определяет тип и конструкцию аккумуляторных батарей и выделяет их в особый класс стартерных свинцовых батарей.

Аккумуляторная батарея, работая параллельно с генераторной установкой, устраняет перегрузки генератора и перенапряжения в электросети трактора. После разряда на электростартер аккумуляторная батарея подзаряжается от генераторной установки с определенным уровнем регулируемого напряжения, чтобы восполнить энергию, отданную батареей при разряде.

На эксплуатационную надежность и срок службы аккумуляторной батареи влияют температура окружающей среды, уровни вибрации и тряски, периодичность, объем и качество технического обслуживания, параметры стартерного разряда, сила тока и продолжительность разряда и заряда, уровень надежности и исправности электрооборудования, продолжительность работы и перерывов в эксплуатации.

Аккумуляторные батареи могут эксплуатироваться при температуре окружающего воздуха от -40 до +60 ° С (батареи обычной конструкции) и от -50 до +60 ° С (батареи с общей крышкой и необслуживаемые). При этом рабочая температура электролита должна быть не выше 50 ° С.

При повышении температуры электролита батареи разрушаются электроды, ускоряется сульфатация и идет интенсивное испарение воды из него. Для уменьшения химической активности электролита его плотность в жарких и теплых влажных климатических районах понижают до 1,25…1,27 г/см 3 . Под действием солнечной радиации и

высоких температур в батареях обычной конструкции уменьшается прочность эбонитовых моноблоков, крышек и герметизирующей мастики.

Низкие температуры снижают эластичность герметизирующей мастики, она растрескивается и отслаивается от поверхности крышек и моноблоков. Моноблоки, крышки и пробки становятся хрупкими. При таянии снега на поверхности батареи образуется влага. Лед на поверхности пробок может закрыть вентиляционные отверстия. При недостаточной плотности электролита и значительной разряженности батареи возможно замерзание электролита. Поэтому батареи, эксплуатируемые при низких температурах, рекомендуется заполнять электролитом большей плотности (1,29…1,31 г/см 3 ) и содержать в заряженном состоянии.

Низкие температуры значительно ухудшают условия заряда аккумуляторных батарей: при температуре -10 ° С разряженная на 50 % батарея может быть заряжена только на 60…65% номинальной емкости. Количество включенных потребителей в условиях зимней эксплуатации увеличивается. Резко возрастает сила тока, потребляемого электростартером. Все это затрудняет обеспечение положительного зарядного баланса батареи на тракторе. При температуре ниже -10 ° С для поддержания батареи в заряженном состоянии необходимо повышать регулируемое напряжение генераторной установки трактора. Зарядное напряжение должно соответствовать значению, указанному в техническом описании и инструкции по эксплуатации трактора. Максимальное регулируемое напряжение генераторной установки не должно превышать 15,5 и 31 В соответственно для 12- и 24-вольтных систем электрооборудования.

К стартерным батареям предъявляются высокие требования: механическая прочность, достаточный срок службы, необходимая емкость при небольших размерах и массе, работоспособность в широком диапазоне температур и разрядных токов, небольшие потери энергии при длительном бездействии, минимальные внутренние сопротивления и падение напряжения при большой силе тока разряда в стартерном режиме. Тракторные аккумуляторные батареи должны выдерживать кратковременные разряды стартерными токами большой силы без разрушения электродов и ухудшения характеристик при дальнейшей эксплуатации, а также иметь достаточный запас энергии для питания потребителей в случае выхода из строя генераторной установки и для других нужд, возникающих в аварийных ситуациях.

К аккумуляторным батареям на тракторах должен быть обеспечен свободный доступ для осмотра и технического обслуживания. Аккумуляторные батареи размещают ближе к стартеру с целью

уменьшения длины стартерного провода и падения напряжения в нем. Массовый провод батареи крепят к двигателю или жесткой раме.

Вибрация в местах установки аккумуляторных батарей не должна превышать 1,5 g (ускорение 14,7 м/с 2 ) в диапазоне частот до 60 Гц. Допускается кратковременная вибрационная нагрузка при ускорении 5 g (49 м/с 2 ) при частоте до 30 Гц. При вибрации и тряске батарея не должна перемещаться по опорной площадке. Посадочные места должны иметь амортизаторы и амортизационные прокладки. Саморазряд заряженной батареи, кроме необслуживаемой, после бездействия в течение 14 суток при температуре окружающей среды не должен превышать 10 %, а после бездействия в течение 28 суток - 20 % номинальной емкости. Саморазряд необслуживаемой батареи после бездействия в течение 90 суток не должен превышать 10 %, а после бездействия в течение года - 40 % номинальной емкости.

Минимальный срок службы или наработка аккумуляторной батареи в эксплуатации считается до момента снижения емкости ниже 40 % номинальной или снижения продолжительности стартерного разряда менее 1,5 мин при температуре (25± 2) ° С до конечного разрядного напряжения 4,5 В для 6-вольтных батарей и 9,0 В для 12вольтных батарей.

Гарантийные сроки сохраняемости незалитых электролитом батарей - три года с момента изготовления, сухозаряженности батарей - один год с момента изготовления, эксплуатации - 18 месяцев со дня ввода батарей в эксплуатацию, а гарантийная наработка - 2500 ч в пределах гарантийного срока эксплуатации.

Принцип действия и конструкция аккумуляторных батарей.

В свинцовом аккумуляторе в токообразующих процессах участвуют диоксид свинца PbO 2 положительного электрода, губчатый свинец Pb отрицательного электрода и электролит - водный раствор серной кислоты H 2 SO 4 .

Содержание в электролите серной кислоты и плотность электролита уменьшаются при разряде и увеличиваются при заряде. По плотности электролита оценивают степень разряженности свинцового аккумулятора.

По конструктивно-функциональному признаку выделяют батареи: обычной конструкции - в моноблоке с ячеистыми крышками и межэлементными перемычками над крышками; в моноблоке с общей крышкой и межэлементными перемычками под крышкой; необслуживаемые - с общей крышкой, не требующие ухода в эксплуатации.

Стартерные батареи (рис. 3.1) состоят из собранных в полублоки положительных и отрицательных электродов (пластин), сепараторов, корпуса

(моноблока) 2 , планки 6 с пробками 5 , межэлементных перемычек 11 , полюсных выводов 7 , предохранительного щитка и крепежных деталей

Рис. 3.1. Стартерная аккумуляторная батарея:

1 - выступ моноблока; 2 - моноблок; 3 - электрод; 4 - крышка; 5 - пробка; 6 -планка; 7 - вывод; 8 - борн; 9 - мостик; 10 - перегородка; 11 - межэлементная перемычка; 12 - сепа- ратор-конверт

Электроды обеих полярностей в виде пластин намазного типа состоят из решетчатых токоотводов, ячейки которых заполнены активной массой. Токоотводы изготовляют методом литья из сплава свинца и сурьмы (7…8 %) с добавлением мышьяка (0,1…0,2 %). Сурьма улучшает литейные свойства сплава, повышает механическую прочность и коррозионную стойкость токоотвода, но оказывает каталитическое действие на электролиз воды, способствуя обильному газовыделению и быстрому снижению уровня электролита.

Интенсивность газообразования в необслуживаемых аккумуляторных батареях снижают за счет применения свинцово-кальциево- оловянистых и малосурьмянистых (до 2,5 % сурьмы) сплавов.

Токоотводы аккумуляторных электродов имеют рамку, вертикальные и горизонтальные жилки, ушки и по две опорные ножки. Горизонтальные жилки обычно меньше по толщине и располагаются в шахматном порядке. Токоотводы должны обеспечивать равномерную

плотность тока по всей массе активных материалов, поэтому имеют близкую к квадратной форму.

Разнополярные электроды собирают в полублоки с помощью бареток, состоящих из борна 8 и мостика 9 . К мостику припаиваются ушки токоотводов электродов. Борн служит наружным токоотводом аккумулятора.

Полублоки объединяются в блоки электродов. Число положительных и отрицательных электродов в блоке может отличаться не более чем на одну единицу. Обычно отрицательных электродов на один больше, чем положительных. Находясь между двумя отрицательными электродами положительный электрод подвергается одинаковым изменениям активной массы с обеих сторон и меньше деформируется.

Сепараторы, расположенные в междуэлектродном пространстве, предотвращают замыкание разноименных электродов. Сепараторы представляют собой пластины с ребрами (рис. 3.2). Ребристая сторона сепаратора обращена к положительному электроду. Сепараторы изготавливают из пористых кислотостойких материалов: микропористая пластмасса (мипласт, поровинил, полиэтилен); микропористый эбонит (мипор).

Рис. 3.2. Сепараторы стартерных свинцовых аккумуляторных батарей:

а - мипласт; б - полиэтилен; в - мипор

В необслуживаемых батареях применяют пленочные сепараторы и сепараторы-конверты, которые могут быть образованы сваренными между собой пластиковыми сепараторами. Сепараторыкон- верты позволяют устанавливать блоки электродов непосредственно на дно моноблоков без призм и шламового пространства. В этом случае, при сохранении высоты батареи, более чем в 2 раза увеличивается высота слоя электролита над пластинами в ячейках моноблока и,

следовательно, объем электролита, который может быть израсходован в период эксплуатации между очередными добавками дистиллированной воды.

Блоки электродов каждого аккумулятора устанавливают в отдельных ячейках эбонитового или пластмассового корпусамоноблока, разделенных перегородками. В батареях с обычными сепараторами на дне каждой ячейки моноблока предусмотрены четыре призмы, образующие пространство для шлама - активной массы электродов, осыпающейся на дно ячеек. На опорные призмы своими ножками устанавливаются электроды (разноименные электроды на свои две призмы, что исключает их замыкание шламом).

Для крепления батарей в местах установки в нижней части пластмассовых моноблоков предусмотрены выступы 1 (см. рис. 3.1) вдоль длинной стороны для батарей емкостью до 100 А · ч и по ширине - при большей емкости.

В каждом аккумуляторе батарей, кроме необслуживаемых, устанавливают щитки, предохраняющие верхние кромки пластин и сепараторов от повреждений при измерении плотности, температуры и уровня электролита.

В батареях обычной конструкции крышки из эбонита или пластмассы закрывают отдельные аккумуляторные ячейки моноблока. Места стыка отдельных крышек со стенками ячеек моноблока герметизируют битумной мастикой.

Применение общей крышки 4 (см. рис. 3.1) для тракторных аккумуляторных батарей с пластмассовыми моноблоками позволяет обеспечить лучшую герметизацию при колебаниях температуры ок-

ружающей среды в пределах от -50 до +70 ° С. Соединение общей крышки из пластмассы с моноблоком осуществляют методом кон- тактно-тепловой сварки.

Установка общей крышки на все батареи позволяет облегчить обслуживание их в эксплуатации. При наличии общей крышки можно устанавливать блок пробок на несколько заливочных отверстий. Блок пробок может быть выполнен в виде пластмассовой планки 6 (см. рис. 3.1), в которую вставлено необходимое число безрезьбовых пробок 5 , имеющих некоторую свободу перемещения в планке для центрирования с заливочными горловинами. В некоторых конструкциях пробки выполняются как одно целое с планкой.

Отдельные пробки для аккумуляторов изготовляют из эбонита, полиэтилена, полистирола или фенолита. Пластмассовые пробки имеют меньшую массу и большую прочность. Герметичность между крышкой и пробкой обеспечивается резиновой шайбой 3 (рис. 3.3, а ), конусным буртиком 5 (рис. 3.3, б ) или уплотнительным элементом 6

из пластмассы (рис. 3.3, в ). Пробки имеют встроенные отражатели 4 из винипласта или лепестковые отражатели 7 , не позволяющие электролиту выплескиваться через вентиляционные отверстия.

Рис. 3.3. Аккумуляторные пробки:

а - с уплотнительным резиновым кольцом; б - с конусным буртиком; в - с лепестковым уплотнительным элементом из пластмассы; 1 - корпус пробки; 2 - прилив вентиляционного отверстия; 3 - резиновая шайба; 4 - отражатель; 5 - конусный буртик; 6 - уплотнительный элемент из пластмассы; 7 - лепестковый отражатель

В новых пластмассовых пробках вентиляционные отверстия закрыты глухим приливом 2 . Этим обеспечивается герметичность сухозаряженных аккумуляторных батарей при хранении. При вводе батареи в эксплуатацию прилив пробки срезается.

Для последовательного соединения аккумуляторов в батарее используют межэлементные перемычки, которые припаивают к борнам бареток полублоков в таком порядке, чтобы соединить между собой полублок отрицательных электродов одного аккумулятора с полублоком положительных электродов рядом расположенного аккумулятора.

Межэлементные перемычки устанавливают над крышкой, через перегородки под крышкой или пропускают через отверстие в перегородке (рис. 3.4). Укороченные межэлементные перемычки через перегородки пластмассовых моноблоков позволяют уменьшить внутреннее сопротивление батареи и расход свинца.

С целью уменьшения внутреннего падения напряжения в аккумуляторных батареях, применяемых на тракторах, борны и межэлементные перемычки выполняют в виде освинцованных стержней из меди, имеющей в 12 раз большую электропроводность по сравнению со свинцово-сурьмянистыми сплавами.

К выводным борнам крайних аккумуляторов приваривают конусные полюсные выводы (рис. 3.5). Диаметр конуса у основания по-

ложительного вывода на 2 мм больше, чем у отрицательного. Этим исключается вероятность неправильного включения батареи в систему электрооборудования.

Рис. 3.4. Межэлементные перемычки аккумуляторных батарей:

а - наружные над крышкой; б - внутренние над перегородкой под крышкой; в - внутренние через отверстие в перегородке; 1 - мостик баретки; 2 - перегородка моноблока; 3 - борн баретки

Рис. 3.5. Конусные полюсные выводы стартерных свинцовых аккумуляторных батарей

Основные характеристики аккумуляторных батарей. Ос-

новными электрическими параметрами стартерных аккумуляторных

батарей является электродвижущая сила (ЭДС), напряжение, мощность, емкость и энергия.

ЭДС свинцового аккумулятора зависит от химических свойств активных веществ и концентрации их ионов в электролите. На величину ЭДС влияет плотность электролита и очень незначительно температура. Зависимость ЭДС Е (в В) от плотности ρ электролита (в г/см 3 ), приведенной к температуре 15 ° С, в диапазоне 1,05…1,30 г/см 3 выражается формулой:

С понижением плотности электролита ЭДС возрастает на 0,0007 г/см 3 . ЭДС аккумуляторной батареи пропорциональна количеству последовательно соединенных аккумуляторов.

Напряжение на зажимах аккумулятора при его разряде меньше, а при заряде больше ЭДС на величину внутреннего падения напряжения. Сопротивление постоянному разрядному или зарядному току при его прохождении через аккумулятор называют п о л н ы м в н у- т р е н н и м с о п р о т и в л е н и е м а к к у м у л я т о р а. Оно включает кроме омического сопротивления сопротивление поляризации, связанное с изменением электродных потенциалов и разности концентраций электролита между электродами и в порах активной массы электродов. Сопротивление поляризации уменьшается с увеличением силы тока и возрастает с понижением температуры.

Омическое сопротивление складывается из сопротивлений электродов, электролита, сепараторов, межэлементных перемычек и других токоведущих деталей. Электросопротивление электродов и токопроводящих деталей мало изменяется с изменением температуры. Рост омического сопротивления аккумуляторной батареи с понижением температуры обусловлен увеличением сопротивления электролита и пропитанных электролитом сепараторов.

Губчатый свинец отрицательных электродов имеет удельное электросопротивление 1,83 . 10 -6 Ом . м, а двуокись свинца положительных электродов - 74 . 10 -6 Ом . м.

В процессе разряда на электродах откладывается сульфат свинца с удельным сопротивлением 10 5 Ом · м.

В н а ч а л е р а з р я д а свинцового аккумулятора напряжение U р быстро снижается вследствие внутреннего падения напряжения и

уменьшения плотности электролита ρ в порах активной массы электродов (рис. 3.6, а ). При постоянной силе разрядного тока I р в единицу времени t расходуется определенное количество активных материалов. Плотность электролита уменьшается по линейному закону. В со-

ответствии с изменением плотности электролита уменьшаются ЭДС Е и напряжение U р аккумулято ра.

Рис. 3.6. Характеристики свинцового аккумулятора:

а - разрядные; б – зарядные

К к о н ц у р а з р я д а сернокислый свинец закрывает поры активной массы электродов, препятствуя притоку электролита из междуэлектродного пространства и увеличивая электросопротивление электродов. Равновесие нарушается и напряжение начинает резко падать. Аккумуляторные батареи разряжаются только до конечного на-

пряжения U к , соответствующего перегибу разрядной характеристики U р =f(t). Разряд прекращается, хотя активная масса пластин израсходована не полностью.

В р е ж и м е з а р я д а напряжение U з на выводах аккумулятора возрастает вследствие внутреннего падения напряжения и повышения ЭДС при увеличении плотности электролита в порах пластин (рис. 3.6, б ). При возрастании напряжения до 2,3 В активная масса восстанавливается. Энергия заряда расходуется на разложение воды на водород и кислород, которые выделяются в виде пузырьков газа. Газовыделение напоминает кипение. Избыток ионов водорода и кислорода в электролите приводит к увеличению разности потенциалов между электродами, ЭДС и зарядного напряжения. При дальнейшем заряде рост напряжения прекращается.

При увеличении силы разрядного тока и понижении температуры разрядное напряжение снижается быстрее. Это приводит к необходимости более раннего прекращения разряда батареи. Во избежание образования на электродах крупных труднорастворимых кристаллов сернокислого свинца разряд свинцовых аккумуляторных ба-

тарей прекращают при конечном напряжении 1,75 В на одном аккумуляторе при 20-часовом номинальном режиме. В стартерном режиме разряда при I р =3 С 20 А для температуры 25 ° С U к =1,5 В, а для температуры -18 ° С U к =1,0 В.

Рабочие характеристики электростартеров строят для определенных вольт-амперных характеристик аккумуляторных батарей. Вольт-амперные U р =f(I р ) и мощностные P А =f(I р ) характеристики аккумуляторной батареи зависят от температуры электролита (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Вольт-амперные и мощностные характеристики аккумуляторной батареи при различных температурах

Во время разряда аккумуляторная батарея отдает во внешнюю цепь определенное количество электричества. Количество электричества, отдаваемое аккумуляторной батареей в пределах допустимого разряда (до конечного разрядного напряжения U к ) называется р а з-

р я д н о й е м к о с т ь ю С р . З а р я д н а я е м к о с т ь С з определяется количеством электричества, полученным аккумуляторной бата-

реей от зарядного устройства.

С увеличением силы разрядного тока большее количество и более плотная масса сернокислого свинца откладывается на поверхности электродов. Сернокислый свинец сравнительно быстро изолирует активную массу от контакта с электролитом, предельная глубина проникновения электролита уменьшается и в токообразующих процессах участвует меньшая доля активной массы. Это приводит к уменьшению разрядной емкости. Уменьшение емкости с понижением температуры Т связано с замедлением диффузии электролита в поры активной массы.

Так как разрядная емкость зависит от условий разряда, номинальной для стартерных свинцовых аккумуляторных батарей емкостью, считается емкость С 20 20-часового режима разряда. Разряд батарей при испытании на емкость 20-часового режима разряда проводят током силой I р =0,05 С 20 А до U к =10,5 В на выводах батареи номинальным напряжением 12 В.

Важным для эксплуатации показателем является р е з е р в н а я е м к о с т ь, которая определяется временем разряда (в минутах) полностью заряженной батареи при температуре (27± 5) ° С током силой (25± 0,25) А до конечного разрядного напряжения на аккумуляторе, равного 1,75 В.

Характеристики стартерного разряда аккумуляторной батареи удобно оценивать по максимальной силе разрядного тока, которую батарея может обеспечить при температуре -18 и -29 ° С в течение 30 с, сохраняя напряжение не менее 1,2 В на каждом аккумуляторе.

Отдача аккумуляторной батареи по емкости зависит от потерь на электролиз воды и саморазряд. Отдача по энергии учитывает также потери на теплообмен как при заряде, так и при разряде. При разряде батареи в номинальных условиях испытаний отдача по емкости составляет 84…86 %, а по энергии - 75…85 %. При температуре -40 ° С емкость стартерного разряда менее 25 %, а энергия менее 18 % соответствующих значений емкости и энергии, получаемых при +25 ° С При более низких температурах энергия, отдаваемая аккумуляторной батареей на нагрузку быстро падает до нуля. Поэтому для обеспечения надежного пуска двигателей при низких температурах приходится использовать громоздкие аккумуляторные батареи, хотя энергия, запасаемая в них при заряде и отдаваемая в номинальных условиях разряда, в десятки и сотни раз превышает энергию, требуемую для пуска двигателя.

3.3. Системы электроснабжения

Система электроснабжения трактора вырабатывает электрическую энергию необходимого качества и передает ее к потребителям. В систему электроснабжения входят источники электрической энергии (генератор и аккумуляторная батарея), регулирующие устройства, элементы контроля и защиты от возможных аварийных режимов.

Основным источником электрической энергии в системе электроснабжения является генератор переменного тока, который приводится во вращение от двигателя трактора посредством ременной передачи. Специальный узел генератора - выпрямитель на полупровод-

никовых диодах (вентилях) - обеспечивает преобразование переменного тока в постоянный. Такие генераторы называются вентильными.

Тракторы комплектуются вентильными генераторами с электромагнитным возбуждением. В основном это трех- и пятифазные бесщеточные генераторы индукторного типа с неподвижной обмоткой возбуждения. Применяют также трехфазные вентильные синхронные генераторы с вращающейся обмоткой возбуждения, которая получает питание через щетки и контактные кольца. В настоящее время на ряде малых тракторов появился новый класс генераторов переменного тока со встроенными двумя вентиляторами на роторе и с закрытым щеточным узлом. Установленную величину напряжения системы электроснабжения при изменении частоты вращения ротора генератора и токовой нагрузки поддерживает регулятор напряжения.

Комплект генератора переменного тока с выпрямителем и регулятором напряжения называют генераторной установкой. Характерной особенностью современных генераторных установок является объединение в одной конструкции генератора переменного тока, выпрямителя и полупроводникового интегрального регулятора напряжения. В этом случае упрощается монтаж генераторной установки на тракторе, снижается трудоемкость технического обслуживания, уменьшается расход монтажных проводов, снижается вероятность возникновения аварийных режимов из-за замыканий в проводке или ошибок в монтаже.

Основными параметрами генераторных установок являются номинальные напряжение и мощность генератора, уровень и диапазон регулируемого напряжения, качество электрической энергии, диапазон частот вращения и передаточное число привода генератора.

Генератор должен обеспечивать отдачу электрической энергии даже при минимальной частоте вращения коленчатого вала ротора, соответствующей минимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя в режиме холостого хода. Этого можно достигнуть за счет повышения передаточного числа ременной передачи привода генератора. Однако при передаточном числе больше трех снижается срок службы ремней и увеличиваются механические нагрузки на вращающиеся узлы и детали генератора и на подшипники.

Тракторный индукторный генератор (рис. 3.8) представляет собой бесконтактную, одноименно-полюсную электрическую машину переменного тока с односторонним электромагнитным возбуждением. Стальная звездочка ротора 4 вращается вместе с валом 3 , который проходит внутри неподвижной втулки 2 . На втулке закреплена обмотка возбуждения 1 , а на зубцах статора 5 - обмотка 7 . При прохождении постоянного тока через обмотку возбуждения в магнитной це-

пи генератора возникает магнитный поток, силовые линии которого на рис. 3.8 показаны штриховой линией. Поток замыкается через воздушный зазор между втулкой 2 и валом 3 , звездочку ротора, рабочий воздушный зазор между ротором и статором, пакет статора 5 , крышки 6 и толстостенную шайбу или фланец втулки 2 .

Рис. 3.8. Конструктивная схема генератора индукторного типа:

1 - обмотка возбуждения; 2 - магнитная система индуктора (втулка с фланцем); 3 - вал; 4 - ротор; 5 - статор; 6 - крышки; 7 - обмотка статора; 8 - подшипник

Все зубцы звездочки ротора имеют одну полярность. Изменение магнитного потока связано с изменением магнитной проводимости воздушного зазора под зубцами статора. При вращении ротора изменяется положение зубцов его звездочки по отношению к зубцам статора. Поток в зубце статора достигает максимального значения Ф max , когда оси зубцов ротора и статора совпадают, и уменьшается до минимума Ф min после поворота на 180 электрических градусов, когда ось зубца статора совпадет с осью впадины звездочки ротора. Следовательно, магнитный поток в зубцах статора является пульсирующим, т.е. изменяется только по величине без изменения направления.

Магнитный поток имеет постоянную и переменную составляющие. Постоянная составляющая в наведении электродвижущей силы в катушках статора не участвует, однако загружает магнитопровод и ухудшает использование материалов генератора. ЭДС в катушках статора наводит только переменная составляющая магнитного потока. Величина индуктируемой ЭДС зависит от величины магнитного потока, числа витков обмотки статора и частоты вращения n ротора.

Чем больше число витков, тем при меньшей частоте вращения можно получить требуемое напряжение генератора. Частота f пере-

менной ЭДС пропорциональна частоте вращения n ротора и числу зубцов Z p звездочки ротора:

Как правило, звездочка ротора имеет шесть зубцов и частота переменной ЭДС

Обмотка каждой фазы может иметь несколько катушек, соединенных последовательно, параллельно или смешанно. Фазы обмотки статора соединяют в многолучевую звезду или в многоугольник.

В трехфазном генераторе имеются три группы катушек, расположенные на зубцах статора таким образом, что наводимые в них ЭДС и напряжения U a , U b и U c смещены на 120° (рис. 3.9). Катушки фаз, начала и концы которых условно обозначены буквами A, B, C и a, b, c (см. рис. 3.9), расположены на соседних зубцах статора.

Рис. 3.9. Изменение трехфазного напряжения по времени

При соединении фаз в звезду концы всех фаз соединяют в общей нулевой точке, которую изолируют в генераторе или выводят отдельным нулевым проводом. Начала фаз соединяют с выпрямителем. При соединении фаз в треугольник (см. рис. 3.8) конец а первой фазы соединен с началом В второй фазы, конец в второй фазы - с началом С третьей фазы, а конец с третьей фазы - с началом A первой фазы. К точкам соединения фаз подключены линейные провода, подводящие напряжение к выпрямителю.

Соединения фаз в звезду и треугольник отличаются соотношениями линейных U л и фазных U ф напряжений, линейных I л и фазных

I ф токов. При соединении фаз в звезду I л = I ф и U л = U ф , а при соединении фаз в треугольник- U л = U ф и I л = I ф . Приведенные соотноше-

ния справедливы для действующих значений синусоидально изменяющихся переменных напряжений и токов.

Индукторные генераторы имеют закрытую конструкцию. Охлаждающий воздух обдувает генератор только снаружи, а во внутренние полости не поступает. Это предотвращает попадание пыли и продуктов сельскохозяйственного производства в области расположения обмоток статора и возбуждения, выпрямителя и встроенного в генератор интегрального регулятора напряжения.

Пакет статора 7 (рис. 3.10) индукторного генератора набран из стальных пластин, скрепленных заклепками или сваркой. Статор имеет девять зубцов, на которых размещены катушки статорной обмотки. Обмотка статора ОФ соединена в треугольник. Катушки в фазах соединены последовательно. Концы фаз гибким монтажным проводом выведены на выпрямительный блок. С обеих сторон статора выполнены проточки, служащие посадочными местами для крышек генератора.

Передняя крышка 10 имеет форму стакана. В крышке размещен индуктор, включающий втулку, фланец и катушку обмотки возбуждения 0В . Обмотка возбуждения намотана на пластмассовый каркас, надетый на втулку индуктора. Один конец обмотки возбуждения гибким монтажным проводом выведен через промежуточный вывод на вывод Ш интегрального регулятора напряжения, а другой - на вывод Д генератора.

Ротор вращается в шарикоподшипниках, не требующих добавления или замены смазочного материала в течение всего срока службы генератора. Шарикоподшипники размещены в передней 10 и задней 6 крышках. Крышка 10 , втулка и фланец индуктора являются частью магнитопровода генератора, поэтому изготовлены из магнитомягкой стали. Крышка 6 выполнена из алюминиевого сплава. На переднем конце вала гайкой 14 со стопорной шайбой закреплен шкив 12 с вентилятором.

Силовой выпрямительный блок размещен на крышке 10 . В теплоотвод блока запрессованы три диода прямой полярности. Корпус выпрямительного блока и теплоотвод отлиты из алюминиевого сплава. Теплоотвод изолирован от корпуса тонкой электроизоляционной прокладкой из слюды и крепится к корпусу тремя изолированными винтами. Для лучшего охлаждения корпус выпрямителя имеет ребра. Силовой выпрямитель собран по трехфазной мостовой схеме выпря-

Рис. 3.10. Индукторный генератор:

а - конструкция; б - электрическая схема; в - схема обмотки статора; 1 - лапа крепежная; 2 - блок регулятора напряжения; 3 - вывод В ; 4 - вывод Д ; 5 - защитный кожух блока с интегральным регулятором напряжения; 6 - задняя крышка; 7 - пакет статора; 8 - пакет ротора; 9 - катушка возбуждения; 10 - передняя крышка; 11 - выпрямительный блок; 12 - шкив с вентилятором; 13 - стопорная шайба; 14 - гайка; 15 - шпилька фасонная стяжная; 16 - болт крепления лапы

мления. Плюсовой вывод 3 (вывод В ) генератора соединен с теплоотводом выпрямителя.

На задней крышке 6 установлена выводная колодка, где размещены три болта для присоединения фазных выводов обмотки статора и выводов выпрямительного блока и диоды дополнительного выпрямителя обмотки возбуждения. Блок выпрямителя ОВ одновременно служит для крепления элементов интегрального регулятора напряжения. Дополнительный выпрямитель состоит из трех диодов, запрессованных в теплоотвод.

Интегральный регулятор напряжения размещен на алюминиевой пластине - теплоотводе. В пространстве между пластиной и пластмассовыми корпусом блока выпрямителя ОВ расположены резисторы подпитки, переключатель посезонной регулировки (зима З - лето Л ) и конденсатор фильтра. Блок с регуляторами напряжения закрыт крышкой таким образом, что через отверстия в её торцовой стенке выступают болты выводов В и Д и ручка переключателя посезонной регулировки.

В начале вращения при отключенной аккумуляторной батарее в схемах, где обмотка возбуждения подсоединена к выводу силового выпрямителя, а также в схемах с дополнительным выпрямителем ОВ генератор работает на самовозбуждении. Процесс самовозбуждения возможен благодаря остаточному магнитному потоку, который наводит в обмотках статора ЭДС. Выпрямленное напряжение от этой ЭДС подается на обмотку возбуждения, увеличивая магнитный поток и ЭДС в обмотке статора. Нарастание ЭДС и выпрямленного напряжения при самовозбуждении происходит лавинообразно. Однако в индукторных генераторах самовозбуждение затруднено из-за наличия в магнитной системе двух воздушных зазоров.

Для обеспечения надежного самовозбуждения в генераторах с магнитно-электромагнитным возбуждением устанавливают постоянные магниты, которые обеспечивают стабильное самовозбуждение. Кроме того, постоянные магниты способствуют уменьшению магнитного потока Ф min до нуля и даже изменению направления магнитного потока, что улучшает использование материалов и приближает индукторную машину по характеристикам к альтернативным (генераторам с клювообразным ротором).

Гексаферритные магниты залиты в специальном алюминиевом каркасе с шестью клювообразными выступами, расположенными между зубцами пакета ротора 7 (рис. 3.11).

Вентильные генераторы с клювообразным ротором (рис. 3.12) представляют собой синхронную электрическую машину со встроенным полупроводниковым выпрямителем. Основными узлами

и деталями генератора являются: статор 4 ; ротор с клювообразными полюсами 3 , втулкой 1 и сосредоточенной вращающейся обмоткой 2 возбуждения; крышки со стороны привода и контактных колец; контактные кольца 7 ; щетки 6; шкив; вентилятор и выпрямительный блок.

Рис. 3.11. Генератор с магнитно-электромагнитным возбуждением:

1 - задняя крышка; 2 - втулка ротора; 3 - крышка регулятора напряжения; 4 и 13 - шарикоподшипники; 5 - выпрямительный блок; 6 - стяжной болт; 7 - ротор; 8 - статор; 9 - катушка возбуждения; 10 - вентилятор; 11 - крышка подшипника; 12 - шкив; 14 - передняя крышка (со стороны привода)

Рис. 3.12. Конструктивная схема синхронного генератора с клювообразным ротором:

1 - втулка; 2 - обмотка возбуждения; 3 - клювообразные полюсы; 4 - статор; 5 - обмотка статора; 6 - щетка; 7 - контактные кольца

Пакет статора набран из пластин электротехнической стали. В пазах статора размещены катушки трехфазной (или с большим числом фаз) обмотки. Число пазов на полюс и фазу для вентильных генераторов с клювообразным ротором

где Z 1 - число пазов статора; 2p - число полюсов генератора; m - число фаз генератора.

Ток к вращающейся обмотке 2 возбуждения подводится через щетки 6 и контактные кольца 7 . Вал ротора вращается в двух шарикоподшипниках, установленных в крышках. Крышки расположены по торцам статора и стянуты винтами.

При работе генератора мимо каждого зубца статора проходят попеременно северный и южный полюсы 3 клювообразного ротора, поэтому рабочий магнитный поток изменяется как по величине, так и по направлению, а в катушках фазных обмоток индуктируется переменная ЭДС. Применение клювообразных полюсов определенной формы обеспечивает близкое по форме к синусоиде изменение ЭДС.

Компакт-генератор - генератор нового поколения (рис. 3.13) со встроенными двумя вентиляторами 5 , смонтированными на лобовых частях ротора 6 и с ажурными крышками 4 и 8 , через которые протягивается воздух для охлаждения генератора, встроенным интегральным регулятором напряжения в щеткодержатель 1 и выпрямительным блоком. Контактные кольца и щетки закрыты пластмассовой крышкой 3 , защищающей их от грязи, пыли и влаги. Наружные обоймы подшипников со стороны контактных колец и шкива 9 прижаты пластмассовым и стальным тормозными кольцами 11 и 10 , которые повышают ресурс подшипников. Этот генератор имеет три дополнительных диода и выпрямитель на силовых диодах со стабилитронным эффектом, что улучшает качество бортовой сети.

Выпрямители. Переменный ток тракторных генераторов выпрямляется кремниевыми полупроводниковыми диодами. Диоды имеют два вывода и пропускают ток только от анодного вывода к катодному, когда к аноду подведен положительный потенциал, а к катоду - отрицательный. В противоположном направлении диоды тока не пропускают, если обратное напряжение не превышает допустимого значения.

В выпрямителях генераторов устанавливают диоды прямой и обратной полярности. У диода прямой полярности с корпусом соединен катод, а у диода обратной полярности - анод. В зависимости от числа фаз генератора применяют трех - и пятифазные выпрямители. По форме выпрямленного напряжения различают одно- и двухполупериодные выпрямители. Однополупериодное выпрямление тока од-

нофазного источника G переменного тока обеспечивает один диод VD (рис. 3.14, а ), который включается последовательно с нагрузкой R .

Рис. 3.13. Конструкция компакт - генератора:

1 - щеткодержатель; 2 - интегральный регулятор Я-212; 3 - пластмассовая крышка; 4 - крышка генератора со стороны контактных колец; 5 - вентиляторы; 6 - ротор; 7 - статор в сборе; 8 - передняя крышка генератора; 9 - шкив; 10 - стальное тормозное кольцо; 11 - пластмассовое тормозное кольцо

Для двухполупериодного выпрямления однофазного тока собирают мостовой выпрямитель из четырех диодов VD1-VD4 (рис. 3.14, б ). Положительная полуволна переменного напряжения открывает вентили VD1 и VD4 . Во втором полупериоде открыты вентили VD2 и VD3 . В течение всего времени работы генератора с мостовым выпрямителем на нагрузку R подается напряжение U д одного знака.

Если в каждую фазу генератора включено по одному диоду VD1 , VD2 и VD3 (рис. 3.14, в ), то можно получить однополупериодный выпрямитель трехфазного тока. Каждый диод выпрямителя проводит ток только в течение 1/3 периода, когда напряжение к нему приложено в прямом направлении.

Двухполупериодный выпрямитель трехфазного тока имеет три пары диодов VD1-VD6 (рис. 3.14, г ). Одно плечо выпрямителя образуют диоды VD1-VD3 прямой полярности, которые катодами соединены с положительным выводом вентильного генератора. Во втором плече выпрямителя установлены диоды VD4-VD6 обратной полярности. Их диоды соединены с "массой".

Рис. 3.14. Выпрямители:

а - однополупериодный однофазного тока; б - двухполупериодный однофазного тока; в - однополупериодный трехфазного тока; г - двухполупериодный трехфазного тока

В процессе выпрямления переменного тока диоды прямой и обратной полярности попарно соединяются между собой и с одной из фаз генератора. В проводящем направлении работает один из диодов VD1, VD2, VD3 , у которого анод имеет наиболее высокий потенциал, а в группе диодов VD4-VD6 - диод с самим низким потенциалом. В момент времени t 1 , когда в фазе А напряжение положительно и максимально, а в фазах В и С напряжения отрицательны и равны, ток в нагрузку R поступает через открытый диод VD1 и два диода VD5 и VD6 . В момент времени t 2 , когда напряжение фазы С равно нулю, в фазе В - положительно, а в фазе А - отрицательно, ток проводят диоды VD2 и VD4 . Остальные диоды тока не пропускают.

Частота пульсаций выпрямленного двухполупериодным трехфазным выпрямителем напряжения U d в 6 раз больше частоты переменного тока f n =6f=0,1Z p n . Минимальное, максимальное и среднее значения выпрямленного напряжения равны соответственно 1,5U m , 1,73U m и 1,65U m ( U m - амплитудные значения напряжения фаз). Пульсация выпрямленного напряжения U d =0,23U m =0,139U d , что при среднем значении выпрямленного напряжения 14 В составляет 1,95 В.

Зависимость выпрямленного напряжения U d (рис. 3.15, а ) от силы тока возбуждения I в при отключенной нагрузке и постоянной частоте вращения ротора называют характеристикой холостого хода. В режиме холостого хода выпрямленное напряжение U d равно ЭДС Е d . Характеристику 1 имеют генераторы с ненасыщенной магнитной системой. При насыщении зубцов статора и ротора уменьшается амплитуда переменной составляющей магнитного потока, что приводит к снижению ЭДС Е d при больших токах возбуждения (характеристика

Рис. 3.15. Характеристики тракторного генератора индукторного типа:

а - холостого хода; б – токоскоростная

Токоскоростная характеристика I d =f(n) (рис. 3.15, б ) снимается при U d = const и I в = const. Контрольными точками для токоскоростной характеристики являются значения силы тока при начальной частоте вращения генератора n 0 , когда в режиме холостого хода выпрямленное напряжение U d достигает номинального значения, расчетная сила тока нагрузки I dр и максимальная сила тока I dmax соответственно при частотах вращения n р и n max . Расчетная сила тока I dр и частота вращения n р определяются в точке касания токоскоростной характеристики 1 и прямой 2 , проведенной из начала координат.

Для вентильных генераторов характерно самоограничение силы тока. Самоограничение проявляется в меньшей степени при увеличении частоты вращения n о . С уменьшением n о , n р и увеличением I dmax улучшаются условия обеспечения положительного зарядного баланса на тракторе. Однако при этом увеличиваются габаритные размеры и масса генератора.

Благодаря самоограничению силы тока в системах электроснабжения вентильных генераторов не применяют ограничители тока. Не нужны также реле обратного тока, так как полупроводниковые выпрямители не пропускают ток аккумуляторной батареи в обмотки статора.

Регуляторы напряжения. Напряжение U вентильного генератора регулируется изменением силы тока возбуждения. Обмотка возбуждения получает питание через регулятор напряжения от двухполупериодного выпрямителя или подсоединяется к однополупериодному дополнительному выпрямителю.

При увеличении частоты вращения n ротора генератора сила тока I в возбуждения должна уменьшаться (рис. 3.16, а ), а при увеличении силы тока нагрузки I - возрастать (рис. 3.16, б ). Напряжение необходимо поддерживать постоянным в диапазоне частот вращения ротора от n о до n max , при этом сила тока возбуждения будет изменяться от I в.max до I в.min . Кратность регулирования по частоте вращения К n =n max /n 0 для тракторных генераторов составляет 3…4, а кратность

регулирования по силе тока возбуждения К I =I в.max /I в.min .

На тракторах применяют регуляторы напряжения дискретного действия. Как только напряжение генератора превышает заданный уровень, регулятор напряжения разрывает цепь электроснабжения обмотки возбуждения. В результате сила тока возбуждения и напряжение генератора начинают уменьшаться. При каком-то нижнем уровне напряжения регулятор вновь замыкает цепь питания обмотки возбуждения и напряжение генератора повышается. Процессы переключения периодически повторяются. Частота регулируемого напряжения должна быть выше 25…30 Гц, чтобы пульсации напряжения не

вызывали заметных для глаз колебаний стрелок контрольноизмерительных приборов и мигания света ламп приборов освещения и световой сигнализации. При заметном пульсировании силы тока возбуждения и напряжения генератора их средние значения I в.ср и U н для заданных частот вращения и токов нагрузки остаются неизменными.

Рис. 3.16. Зависимости напряжения генератора и силы тока возбуждения:

а - от частоты вращения ротора; б - от силы тока нагрузки

С увеличением частоты вращения ротора генератора относительное время включения цепи питания обмотки возбуждения уменьшается, а время отключения обмотки возбуждения от источника электроэнергии - увеличивается, поэтому среднее значение силы тока

I в.ср возбуждения, при котором стабилизируется напряжение, будет меньше. С увеличением силы тока нагрузки генератора относительное время разомкнутого состояния цепи электроснабжения обмотки возбуждения уменьшается. Включение и отключение обмотки возбуждения в электронных регуляторах обычно осуществляется выходным транзистором, соединенным последовательно с обмоткой возбуждения.

Схема интегрального регулятора напряжения приведена на рис.

3.17. Измеритель напряжения генератора состоит из стабилитрона VD1 и входного делителя напряжения R2, R3 и R4 . Переменный резистор R4 служит для посезонного регулирования напряжения (зима З и лето Л ) . Регулирующий каскад имеет составной транзистор VT2-VT3 , управляемый транзистором VT1 , и резистор базы R6 . Составной транзистор - это мощный выходной транзистор VT3 с дополнительным усилительным каскадом на транзисторе VT2 . Общий коэффициент усиления составного транзистора примерно равен произведению коэффициентов усиления обоих транзисторов VT2 и VT3 , что позволяет

иметь в базовой цепи выходного каскада высокоомный маломощный резистор R6 .

Рис. 3.17. Интегральный регулятор напряжения:

R1-R8 - резисторы; C1-С3 - кондесаторы; VD1 - табилитрон; VD2 - диод; VТ1-VТ3 - транзисторы; LG - обмотка возбуждения; G - генератор; GB - аккумуляторная батарея; S1 - переключатель "зима-лето"; S2 - выключатель массы; Б, Д, В - выводы генераторной установки

Для повышения четкости переключения схемы между входом и выходом регулятора включена цепочка гибкой обратной связи R7-C2 . Конденсатор С3 является фильтром. Он исключает работу транзисторов в режиме "дребезга" (генерации).

Между выводом генератора В и обмоткой возбуждения включен резистор подпитки R8 , способствующий улучшению самовозбуждения генератора. Конденсатор С1 обеспечивает фильтрацию входного сигнала регулятора в целях уменьшения ошибки регулирования (сглаживает пульсацию выпрямленного напряжения генератора).

Параллельно обмотке возбуждения LG генератора G включен гасящий диод VD2 , через который накоротко замыкается ЭДС самоиндукции обмотки возбуждения при запирании выходного транзистора регулятора напряжения.

Резистор R1 с переключателем S1 посезонной регулировки позволяет повысить уровень регулируемого напряжения на 0,8…1,2 В во время зимней эксплуатации трактора. При разомкнутом состоянии переключателя S1 уровень напряжения соответствует "летнему" значению (13,1…14 В). При замыкании переключателя S1 параллельно нижнему плечу входного делителя напряжения включается резистор R1 , что приводит к увеличению регулируемого напряжения до "зимнего" уровня (14…15,3 В).

Для продолжения скачивания необходимо собрать картинку:

Материалы: http://studfiles.net/preview/1182269/page:11/