Продолжение табл. 1

1
СОДЕРЖАНИЕ
1 Цели и задачи дисциплины
3
2 Краткое содержание дисциплины
4
3 Практическое задание №1
Источники тока. Аккумуляторная батарея.
6
4 Практическое задание №2
Источники тока. Генераторная установка.
10
5 Практическое задание №3
Контактная система зажигания.
14
6 Практическое задание №4
Система электрического пуска двигателя.
17
7 Практическое задание №5
Расчет электропроводки автомобилей.
19
Список литературы
22
1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
Для специальности 5В071300 – «Транспорт, транспортная техника и технологии» изучение
электрического и электронного оборудования автомобилей является специальной дисциплиной, на
которой базируется изучение других профилирующих дисциплин.
В результате изучения дисциплины студенты должны:
ЗНАТЬ роль электрического и электронного оборудования автомобиля для его надежной и
эффективной эксплуатации, особенности конструкции и характеристики стартерных
аккумуляторных батарей, параллельную работу генератора с аккумуляторной батареей,
устройство и электромеханические характеристики стартера, рабочий процесс системы зажигания,
принцип действия электронных контактно-транзисторной и бесконтактной систем зажигания,
устройство и особенности конструкции отдельных элементов системы зажигания, классификацию,
устройство и принцип действия контрольно-измерительных приборов, устройство, особенности
конструкции, технические характеристики и требования ГОСТов к фарам и светосигнальным
фонарям, коммутационную аппаратуру и способы защиты цепей, структурные схемы электронных
систем автоматического управления двигателем и трансмиссией.
УМЕТЬ провести исследование электрических характеристик автомобильных генераторов,
стартеров, аккумуляторных батарей и систем зажигания. Изучить методику выбора и расчета
электрических параметров компонентов систем электрооборудования автомобилей и другой
транспортной техники.
2
2 КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
2.1 Система энергоснабжения
Структурная схема системы энергоснабжения и назначения ее отдельных элементов.
Анализ приборов, входящих в систему энергоснабжения.
Классификация автомобильных генераторов и их технические характеристики.
Устройство и конструктивные особенности автомобильных генераторов. Электрические
характеристики автомобильных генераторов: внешняя, токоскоростная, регулировочная и
скоростная.
Бесконтактные генераторы переменного тока. Преимущества и недостатки автомобильных
генераторов различных типов.
Классификация существующих типов реле-регуляторов. Принцип регулирования
напряжения и тока. Вибрационный регулятор напряжения. Рабочий процесс и улучшение
характеристик вибрационного регулятора. Термокомпенсация. Контактно-транзисторный и
бесконтактный принципы регулирования напряжения. Анализ схем контактного и контактнотранзисторного, бесконтактного и интегрального регуляторов напряжения при работе с
генератором.
Выбор пределов регулирования регуляторов напряжения с учетом срока службы
аккумуляторных батарей, осветительных приборов и обеспечения необходимой интенсивности
подзаряда аккумуляторной батареей.
Устройство и особенности конструкций стартерных аккумуляторных батарей.
Необслуживаемые и малообслуживаемые аккумуляторные батареи. Маркировка батарей. Физикохимические процессы в свинцово-кислотном аккумуляторе.
Механизм образования э.д.с. аккумулятора. Зависимость э.д.с. от температуры и
концентрации электролита. Напряжение батареи. Э.д.с. поляризации при разряде и заряде.
Сопротивление батареи и факторы, его определяющие. Емкость. Зависимость емкости от силы
разрядного тока, температуры и состояния разряженности батареи. Мощность и энергия
стартерных батарей. Отдача аккумуляторов по емкости и по энергии. Влияние перезаряда на срок
службы батарей. Методы заряда аккумуляторных батарей. Заряд батареи на автомобиле в
разрядно-зарядном режиме. Срок службы батарей и факторы, его определяющие. Параллельная
работа генератора с аккумуляторной батареей.
2.2 Система пуска
Структурная схема системы пуска и ее анализ. Временные и вольтамперные
характеристики аккумуляторных батарей в режиме стартерного разряда. Экспериментальные и
расчетные методы определения вольтамперных характеристик батарей. Устройство и особенности
конструкции стартеров. Электромеханические характеристики стартерного двигателя. Момент
сопротивления двигателя прокручиванию. Расчет моментов сопротивления двигателя
прокручиванию при электростартерном пуске. Пусковая частота вращения двигателя при
холодном пуске. Совмещение характеристик аккумуляторных батарей, стартера и двигателя для
анализа процесса прокручивания вала двигателя при пуске. Средства облегчения пуска двигателя.
Диагностические параметры системы пуска. Уход и регулировка приборов системы пуска в
эксплуатации.
2.3 Система зажигания
Структурная схема системы зажигания и ее анализ. Классификация систем зажигания.
Устройство и особенности конструкции контактной системы зажигания. Электрический разряд в
газовом промежутке между двумя электродами. Пробивное напряжение. Рабочий процесс системы
зажигания: замыкание контактов и нарастание первичного тока, размыкание контактов и
нарастание вторичного напряжения, пробой искрового промежутка и разрядные процессы.
3
Емкостные и индуктивные составляющие искрового разряда. Электрические характеристики
системы зажигания. Методы улучшения характеристик. Контактно-транзисторная система
зажигания. Сравнение характеристик контактной и контактно-транзисторной систем зажигания.
Бесконтактная система зажигания с магнитоэлектрическим датчиком. Угол опережения
зажигания и факторы, его определяющие. Методы регулировки угла опережения зажигания.
Датчики электронных систем зажигания. Системы зажигания с применением микропроцессоров.
Структурная схема. Искровые свечи зажигания.
Условия работы на двигателе. Калильное число. Маркировка свечей. Подбор свечей
зажигания к двигателю. Подавление радиопомех в системах зажигания. Уход и регулировка
аппаратов зажигания в эксплуатации.
2.4 Бортовая система информации и диагностирования. Вспомогательное
электрооборудование
Классификация приборов по назначению и принципу действия. Условия работы приборов.
Приборы контроля давления: механические, электротепловые, импульсные, логометрические.
Приборы измерения уровня топлива. Приборы контроля скорости движения и частоты вращения
вала двигателя: спидометры, тахометры, тахоспидометры. Тахографы.
Сигнализаторы аварийных режимов: давления, температуры и др. Компоновка щитков
приборов. Тенденции развития контрольно-измерительных приборов. Электродвигатели.
Стеклоочистители. Омыватели и совмещение их работы со стеклоочистителями.
2.5 Система освещения и сигнализации
Существующие системы освещения дороги: технические характеристики, нормы
освещенности. Особенности конструкции фар головного освещения. Противотуманные фары и
прожекторы. Автомобильные лампы. Регулировка фар при эксплуатации. Правила расположения
светосигнальных фонарей на автомобиле. Фары с галогенными лампами и особенности их
установки на автомобиле.
2.6 Электронные системы управления двигателем.
Система управления двигателя: управление топливной подачей, цифровые системы
зажигания. Системы управления трансмиссией. Применение бортовых ЭВМ для оптимизации
работы систем управления автомобилем. Система бортовой диагностики.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ №1
Источники тока. Аккумуляторная батарея.
Цель работы: Изучить методику выбора и расчета параметров аккумуляторных батарей и
зарядных устройств. Составить оптимальные электрические схемы заряда батарей, исходя из
конкретных заданных условий.
Краткие теоретические сведения.
Заряд аккумуляторных батарей производят от источника постоянного тока. Для протекания
зарядного тока необходимо, чтобы напряжение зарядного устройства было больше Э.Д.С. батареи.
Наиболее широко распространены два способа заряда: при постоянной величине зарядного тока и
при постоянном напряжении.
Заряд при постоянной величине зарядного тока применяется на зарядных станциях. Достигается
постоянство величины зарядного тока различными способами: регулированием напряжения
зарядного агрегата, изменением сопротивления реостата и т.д.
4
При заряде током постоянной величины рекомендуется сила тока, равная 0,1 от номинальной
емкости аккумуляторной батареи.
Батарея считается заряженной, если во всех аккумуляторах наблюдается постоянство величины
плотности электролита в течение двух часов.
Обычно на заряд от регулируемого источника подключается группа последовательно
соединенных батарей одной емкости. Если зарядный агрегат обеспечивает большие токи, к нему
можно подключить параллельно несколько групп батарей с включенным последовательно к
каждой группе реостатом и амперметром.
Количество последовательно соединенных в группы батарей подбирают в зависимости от
максимального выходного напряжения зарядного агрегата, так чтобы на каждый аккумулятор
приходилось напряжение 2,7 В.
Количество групп батарей, подключаемых параллельно для одновременного заряда, принимается
в зависимости от величины тока, который обеспечивает зарядный агрегат, и величины токов
заряда отдельных групп.
U
K
;
2,7 * n
где: К - количество батарей в группе;
U - напряжение на выходе агрегата. В;
n - количество аккумуляторов в батарее.
Количество групп батарей находят из соотношения: J / JЗ;
где: J - величина тока, который может обеспечить зарядный агрегат, А;
JЗ - величина зарядного тока, А.
Количество батарей в группе и количество групп при расчете определяют в меньшую
сторону до целых чисел.
Сопротивление реостата, который включается последовательно каждой
группе, определяется из расчета, что начальное зарядное напряжение на одном аккумуляторе 2 В:
U  2*n* K
R
; (Ом )
JЗ
Если в разных группах различные типы батарей, расчет сопротивления реостата ведется
отдельно для каждой группы, количество групп определяется из условия, что сумма токов всех
групп не должна превышать величину тока зарядного агрегата.
Заряд при постоянстве напряжения применяется в основном на автомобилях и реже на зарядных
станциях. При этом способе напряжение в процессе заряда поддерживается постоянным. В
стационарных условиях напряжение заряда при использовании данного способа должно быть 2,32,4 В на один аккумулятор.
Продолжительность заряда при постоянном напряжении практически одинакова с
продолжительностью заряда при постоянной величине тока.
Э.Д.С свинцового аккумулятора зависит от плотности электролита.
E=0,85+γ;
где: Е - Э.Д.С. аккумулятора. В;
γ - плотность электролита, г/см3
Напряжение аккумулятора отличается от Э.Д.С. на величину внутреннего падения напряжения
в аккумуляторе при прохождении тока (разряда или заряда).
При заряде напряжение внешнего источника должно преодолевать Э.Д.С. батареи и падение
напряжения на внутреннем сопротивлении батареи, т.е. должно выполняться условие:
UЗ = Eб + JЗ*RBH
где: UЗ - напряжение внешнего источника, В;
5
Eб - Э.Д.С. аккумуляторной батареи, В. (Eб = n*E);
JЗ - ток заряда, А;
RBH - внутреннее сопротивление батареи. Ом.
Напряжение при разряде батареи можно определить:
Up = Eб – JЗ*RBH
где Jp - ток разряда, А.
Величина плотности электролита свинцовых аккумуляторов может служить критерием степени
разряженности батареи. По мере разряда батареи плотность электролита линейно уменьшается.
Таким образом, при известной начальной плотности степень разряженности определяется как
 Ф
C P  З
* 100%
0,16
где: ΔСр - степень разряженности, %;
γз - плотность электролита заряженной батареи, г/см3;
γф - фактически приведенная плотность электролита, г/см3;
Плотность электролита заряженной аккумуляторной батареи зависит от климатической зоны
(северная γ=1,3 г/см3, умеренная γ=1,27 г/см3, теплая
γ-1.24г/см3).
Задание 1
Для заданного типа и количества батарей составить схемы для их одновременного заряда,
назначить зарядный ток, определить напряжение и мощность в начале и конце заряда
аккумуляторных батарей, рассчитать при необходимости реостаты и мощность, рассеиваемую на
них, исходя из основных параметров зарядного агрегата.
Метод заряда: при постоянной величине зарядного тока. Количество групп
батарей должно быть минимальным.
Задание 2
Определить максимальное количество аккумуляторных батарей заданного типа, которые можно
одновременно зарядить от данной зарядной станции, учитывая ее выходную мощность
(теоретический вариант).
Произвести необходимые расчеты, подобрать реостаты и составить схему заряда батарей от
зарядного агрегата (практический вариант).
Определить степень использования мощности зарядного агрегата при теоретическом и
практическом вариантах.
Метод заряда: при постоянной величине зарядного тока.
Задание 3
Составить электрическую схему заряда и определить количество аккумуляторных батарей (марка
батарей из задания 2), которые можно одновременно зарядить от заданного зарядного агрегата.
Определить величину напряжения UЗ для заданных параметров (состояние батарей).
Метод заряда: при постоянной величине напряжения.
Состояние батарей: Степень разряженности и внутреннее сопротивление батареи выбирают в
зависимости от ее номинальной емкости. Для батареи емкостью до 100 А*ч / степень
разряженности 60% и внутреннее сопротивление 0,06 Ом, а для батарей свыше
100 А*ч
соответственно - 40% и 0,04 Ом. Плотность электролита заряженной батареи для четных
вариантов равна 1,30 г/см3, для нечетных - 1,25 г/см3 .
6
Таблица 1. Варианты аккумуляторных батарей.
Номера вариантов
Задание 1
Задания 2 и 3
1,11,21
Тип
6СТ45
Количество
24
Тип
6СТ190
2,12,22
6СТ55
22
6СТ182
3,13,23
6СТ60
20
6СТ105
4,14,24
6СТ75
22
6СТ90
5,15,25
6СТ90
18
6СТ150
6,16,26
6СТ105
16
6СТ45
7,17,27
6СТ132
20
6СТ55
8,18,28
6СТ150
18
6СТ65
9,19,29
6СТ182
16
6СТ75
10,20,30
6СТ190
22
6СТ132
Таблица 2. Варианты зарядных агрегатов.
Номер варианта
Тип агрегата
Номер варианта
Тип агрегата
1,16
ВАКЗ 4,6-37
9,24
ВАКЗ 5-80
2,17
ВАКЗ 5,5-37
10,25
ВАКЗ 14-80
3,18
ВАКЗ 6,25-50
11,26
ВАКЗ 18,6-93
4,19
ВАКЗ 18,7-50
12,27
ВАКЗ 28-112
5,20
ВАКЗ 6,4-50
13,28
ВАКЗ 36-114
6,21
ВАКЗ 9,6-64
14,29
ВАКЗ 48,5-260
7,22
ВАКЗ 12-64
15,30
ВАКЗ 54,5-340
8,23
ВАКЗ 16-64
В марке каждого зарядного агрегата первое число обозначает выпрямленную мощность в кВт,
второе число - максимальное выходное напряжение, В.
7
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ №2
Источники тока. Генераторная установка
Цель работы: Изучить методику выбора и расчета основных параметров генераторов и
вибрационных реле-регуляторов.
Краткие теоретические сведения
Напряжение автомобильных генераторов зависит от частоты вращения, величины
отдаваемого тока, магнитного потока возбуждения и сопротивления силовой обмотки.
U г  cnФ
где, Uг- напряжение генератора;
c- постоянный коэффициент;
n- частота вращения ротора;
Ф- магнитный поток генератора.
Таким образом, для обеспечения постоянства напряжения генератора при изменении
частоты вращения нужно обратно пропорционально изменять магнитный поток. Так как величина
магнитного потока определяется силой тока возбуждения, регулирование напряжения
осуществляется периодическим включением и отключением в цепи возбуждения генератора
добавочного резистора, либо периодическим прерывание тока возбуждения. Первый способ
регулирования применяется в вибрационных реле-регуляторах, а второй – в транзисторных.
Вибрационный регулятор напряжения состоит из следующих деталей: ярмо, сердечник,
обмотка реле, якорек, контакты, пружина и добавочный резистор. Для уменьшения пульсаций
напряжения генератора, повышают частоту прерывания тока возбуждения до 150- 250 Гц, за счет
применения специальных ускоряющих обмоток или ускоряющих резисторов. Температурной
стабильности выходного напряжения регулятора добиваются влкючением последовательно с
обмоткой реле добавочного резистора из материалов, сопротивление которых практически не
меняется от температуры (нихром, константан). Для более полной термокомпенсации вместе с
резистором применяют биметаллическую пластину, на которой подвешивается якорек регулятора.
Также применяются магнитные шунты представляющие собой пластину из железоникелевого или
иного термомагнитного сплава с магнитным сопротивлением, увеличивающимся при повышении
температуры. Пластина закрепляется в верхней части регулятора между сердечником и ярмом.
Применение магнитного шунта исключает необходимость в термокомпенсационном
резисторе и биметаллической пластине.
Для работы с генератором постоянного тока реле-регулятор состоит из реле напряжения, реле
обратного тока и реле ограничения максимального тока. Наличие выпрямительных диодов и
явления « самоограничения» у генераторов переменного тока требует применения в
генераторных установках данного типа только регулятора напряжения. Так как регулирующим
органом вибрационного регулятора напряжения является электромагнитное реле, то для
определения уровня и качества регулирования необходимо знать его характеристики.
Напряжение срабатывания реле можно найти из следующего выражения.
r
U г  С o  Fпр
wo
где, Uг – регулируемое напряжение, В;
ro - сопротивление обмотки реле, Ом;
wo – число витков обмотки реле;
 - величина воздушного зазора
8
между сердечником и якорем, мм;
Fпр – усилие натяжения пружины, Н.
Величину тока возбуждения генератора можно определить по формуле:
Iв 
Uг
Rв  Rд
где, Iв – ток возбуждения, А;
Rв – сопротивление обмотки
возбуждения, Ом;
 - относительная продолжительность
включения добавочного резистора;
Rд – сопротивление резистора, Ом.
Относительная продолжительность включения добавочного резистора может быть
определена из выражения:

tр
tз  t р
где, tр – время разомкнутого состояния
контактов, c;
tз – время замкнутого состояния
контактов, c.
Частота колебаний якорька реле определяется по формуле:

1
tз  t р
где, tз + tр – период колебаний.
Задание 1
Для заданных параметров вибрационного регулятора определить значение постоянного
коэффициента регулятора С. Варианты исходных данных приведены, в табл.1.
Используя данные задания №1 выполнить расчет и построить график зависимости Fпр = f
(), для значений  - от 0,5 до 2,5 мм. (не менее пяти точек).
9
Таблица 1. Варианты исходных данных
№ вар
,
мм
ro, Oм
wo
Fпр,H
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
80
65
50
35
20
100
90
900
800
700
600
1500
300
70
1
900
60
1000
80
1
100
15
13
11
9
14
7
20
18
16
14
28
12
6
7
8
9
10
12
14
16
18
20
45
55
65
75
85
60
70
80
90
100
0,012
0,014
0,006
0,008 0,01
0,012
0,014
1
14
15
16
17
18
19
20
Uг, B
Rв
Rд
tз, с
0,006 0,008 0,01
700
Продолжение табл. 1
№ вар
,
мм
ro, Oм
wo
Fпр,H
11
12
13
0,3
0,5
0,7
0,9
1,1
1,3
1,5
1,7
1,9
2,1
70
55
40
25
15
105
95
900
800
700
600
1500
300
75
1
900
65
1000
85
1
100
20
18
16
14
14
12
15
13
11
9
28
7
4
4,7
7,8
9,9
11,5
13,5
15,3
17,8
19,5
22
25
45
60
70
80
85
90
100
105
110
0,004
0,005 0,007 0,008
0,009
0,01
0,012 0,014 0,016
Uг, B
Rв
Rд
tз, с
700
0,02
10
Задание 3
Выполнить расчет значений ( Iв ) используя исходные данные варианта, построить график
зависимости Uг = f (n) и Iв = f (n) для заданных оборотов ротора генератора, учитывая
характер изменения времени разомкнутого состояния контактов ( tр ) (см. табл. 2).
Таблица 2.
n, об/ мин
tp, c
Iв, А
1000
tз
1500
1,2 tз
2000
1,4 tз
2500
1,6 tз
n – число оборотов ротора генератора.
Найти среднее значение частоты колебаний якорька реле ( ср ).
На основании полученных результатов оформить отчет.
3000
1,8 tз