Электрооборудование автомобиля является главной составной частью полного комплекса бортового оборудования. В электрооборудование включают все те бортовые устройства, работа которых непосредственно связана с электричеством. Первыми такими устройствами были магнето и свечи зажигания. Потом на борту автомобиля стали устанавливаться аккумуляторная батарея, электрогенератор и электростартер. Появилось наружное электроосвещение, система зажигания стала батарейной. Перечисленные электрические устройства в совокупности составляют классическое электрооборудование автомобиля. В настоящей книге классическое электрооборудование детально не рассматривается. Желающим подробно ознакомиться с этим разделом можно порекомендовать учебники В.Е. Ютта и Ю.П. Чижкова, А.В. Акимова. Однако дать краткий обзор новых принципов построения систем классического электрооборудования здесь необходимо.
Общие сведения
Существующее на борту автомобиля уже много десятков лет электрооборудование первого поколения теперь называют классическим. В его состав входят следующие функциональные системы:
Система электроснабжения — электрогенератор, реле-регуляторы, аккумуляторная батарея.
Система пуска двигателя внутреннего сгорания — стартер, стартерные цепи, аккумуляторная батарея.
Система электроискрового зажигания — катушка зажигания, прерыватель-распределитель, свечи зажигания с высоковольтными проводами (на автомобилях с дизельным ДВС отсутствует или заменена системой калильного зажигания).
Система освещения и сигнализации — фары, наружные фонари габаритных огней и световой сигнализации, звуковой сигнал, внутреннее освещение, устройства специальной сигнализации.
Система контрольно-измерительных приборов, дополнительного и вспомогательного электрооборудования — щиток приборов, водительский пульт управления, электрические провода, предохранительные и релейные моноблоки, коммутационные устройства, а также электроприводные устройства, например стеклоочистители и электровентиляторы.
Перечисленные системы являются неотъемлемой составной частью автомобильной бортовой автоматики и всегда будут присутствовать в ее составе.
За последние 40-50 лет составные компоненты классических систем автомобильного электрооборудования претерпели значительные усовершенствования, но состав самих систем остался прежним. Рассмотрим эти системы.
Система электроснабжения
В систему электроснабжения современного автомобиля входят: необслуживаемая или монолитная кислотная аккумуляторная батарея (АКБ) и генератор (ГТ) трехфазного переменного тока с мощным полупроводниковым выпрямителем (ВП) и электронным регулятором (Р) напряжения, которые вмонтированы в конструкцию генератора. АКБ подключена встречно-параллельно и непосредственно к выходным клеммам генератора. Эта система обеспечивает электроэнергией все бортовые электропотребители. Применение новых типов аккумуляторных батарей и генератора переменного тока вместо генератора постоянного тока с многоламельным коллек-торно-щеточным механизмом, применявшимся ранее совместно с вибрационными реле-регуляторами, позволило значительно повысить качество напряжения и надежность системы бортового электроснабжения. Ее габаритно-весовые параметры также улучшились.
Следует заметить, что повышение мощности, качества электричества и надежности системы электроснабжения не самоцель, а насущная необходимость современного автомобилестроения. Теперь на борту автомобиля устанавливаются до 120 потребителей электроэнергии, значительная часть из которых полупроводниковые и интегральные схемы.
Качество напряжения (иногда говорят качество электричества) — технический термин, обозначающий высокую степень стабильности параметров напряжения на выходе блока (или системы) электроснабжения, а также отсутствие в выходном напряжении высокочастотных гармоник и случайных всплесков ("дребезга").
Системы автомобильного электрооборудования
Система электроснабжения, структурная схема и токоскоростная характеристика которой показаны на рис. 1.1, работает следующим образом.
Когда ротор генератора не вращается (п = О), напряжение Uc бортовой сети равно напряжению АКБ (Uc = U6) и потребители запитываются током батареи (1Н = 1б). Если после пуска ДВС напряжение Ur меньше напряжения U6 батареи, что будет иметь место при частотах п вращения ротора в пределах О < п < п0, бортовые потребители будут запитывать-ся только от АКБ (Uc = U6, l6 = 1н), а ток генератора пока еще будет оставаться приблизительно равным нулю (1г = 1р). На токоскоростной характеристике — участок до п = п0.
В точке п = п0 напряжение Ur генератора почти станет равным напряжению U6 батареи, а следовательно, и напряжению Uc бортовой сети (Ur = U6 = Uc). При встречно-параллельном включении двух источников электроэнергии с одинаковыми напряжениями обмена током между ними не происходит, т.е. ток 13 заряда АКБ пока еще нулевой (13 = 0). Регулятор Р начинает потреблять ток 1р от генератора, а бортовые электропотребители получают электроэнергию от обоих источников (1н = 1г + 1б). Частота п0 вращения ротора генератора несколько ниже граничных оборотов холостого хода прогретого ДВС. Поэтому переда-
Система электроснабжения с генератором переменного тока:
АКБ — аккумуляторная батарея с напряжением U6; 1б — разрядный ток АКБ; 13 — зарядный ток АКБ; ГТ — трехфазный генератор синусоидального переменного тока; 1г. — переменный ток генератора; 1в — ток возбуждения генератора; Р — регулятор напряжения генератора по току 1в возбуждения; ВП — трехфазный двухполупериодный выпрямитель (Ларионова); 1р — ток, потребляемый регулятором Р; 1Г„ — постоянный ток генератора; Ur — постоянное напряжение генератора; Uc — напряжение бортсети автомобиля; 1н — общий ток нагрузки системы электроснабжения; К — контрольная лампа генератора, п — обороты приводного шкива генератора; Ф — магнитный поток.
точное отношение между шкивами двигателя и генератора выбирается таким образом, чтобы на нижних оборотах холостого хода электроэнергией от генератора обеспечивались по крайней мере основные бортовые потребители (система зажигания, впрыск топлива, габаритные огни в ночное время). Тогда после запуска ДВС коленвал развивает обороты холостого хода и наступает состояние, при котором n > n0, а напряжение генератора становится больше напряжения U6 аккумуляторной батареи (Ur > U6). При дальнейшем увеличении частоты вращения п генератор обеспечивает электроэнергией все бортовые потребители и начинает заряжать АКБ (1г = 1н + 13 + 1р). Ток 1г генератора становится почти линейной функцией 1г = f(n) от частоты вращения п, а напряжение Uc бортовой сети — равным напряжению Ur генератора (Uc = Ur) и теперь полностью определяется регулятором Р напряжения (вплоть до состояния п = пн).
На повышенных оборотах ДВС, когда частота п вращения ротора генератора лежит в пределах от пн до ns, напряжение Ur генератора перестает увеличиваться (Ur = const) и даже может несколько падать из-за размагничивающего действия токов статора под большой нагрузкой, но ток 1г генератора все еще может возрастать, приближаясь к самоограничению (•г = 'н + k + fp = f(n, АФ); Uc = Ur). Явление самоограничения наступает при большом токе 1г генератора (когда 1Г = Irmax) и при высокой частоте вращения (п > ns) ротора, как следствие насыщения этим током магнитных цепей генератора. При этом магнитный поток Ф, связывающий магнитное поле Вг ротора с витками Ws обмотки статора, частично уничтожается противодействующим (наведенным током 1г) магнитным полем Bs статора. Ток 1Г перестает быть функцией от частоты вращения п и начиная с n = ns становится постоянным.
В современных генераторах переменного тока максимальное значение тока 1г является рабочим и для генераторов автомобилей представительского класса с мощным ДВС может достигать 100 А.
Конструктивной особенностью современных генераторов трехфазного переменного тока является наличие в них дополнительной диодной сборки d, а также включение фазных обмоток генератора не "звездой", а "треугольником". Это позволяет упростить схему контрольной лампы К генератора, а также изолировать цепь питания регулятора Р напряжения от большеточ-ной выходной цепи "Вых". Таким способом исключается возможность нежелательного разряда аккумуляторной батареи через регулятор напряжения и обмотку возбуждения при неработающем двигателе, но включенном зажигании. Кроме того, соединение фазных обмоток "треугольником" позволяет применять более тонкие провода для фазных обмоток генератора. Надежность генератора при этом также повышается. Как следствие, современные автомобильные генераторы проходят без ремонта до 250000 км пробега.
Ограничивать ток заряда АКБ в современных системах электроснабжения не требуется, так как регулятор Р напряжения на средних и умеренно повышенных оборотах ДВС, а самоограничение тока генератора на высоких оборотах ДВС не допускают перезаряда автомобильной аккумуляторной батареи. Однако следует заметить, что заряд аккумуляторной батареи на борту автомобиля осуществляется при постоянном напряжении. И когда АКБ сильно разряжена, ток 13 заряда может быть значительным. Если номинальная емкость Сн установленной на автомобиле АКБ не согласована с максимальным током автомобильного генератора, возможен или перегрев сильно разряженной АКБ в начале ее заряда, или постоянный недозаряд батареи, что в обоих случаях снижает срок ее службы. Поэтому на автомобилях с генераторами большой мощности не рекомендуется устанавливать АКБ малой емкости. И наоборот, АКБ большей емкости не следует устанавливать на автомобилях с генератором малой мощности. Другими словами, автомобильный генератор и аккумуляторная батарея, работающие на борту автомобиля как единая автономная система электроснабжения, должны подбираться по токовым параметрам. При замене АКБ следует придерживаться условия [ЗСН г 21гтах]*. Основные компоненты системы электроснабжения — аккумуляторная батарея и электрогенератор современного легкового автомобиля — подробно описаны в последующих главах.
Вернуться в начало
Продолжение
