Системы электроснабжения транспортных средств
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Автомобилестроение и авторемонт
Издательство:
Инфра-Инженерия
Автор:
Пузаков Андрей Владимирович
Год издания: 2019
Кол-во страниц: 228
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-9729-0344-3
Артикул: 721163.01.99
Приведено описание принципов построения и функционирования систем электроснабжения транспортных средств. Раскрыты основные физические законы, на которых базируется работа источников электрической энергии, рассмотрены конструктивное исполнение, параметры и характеристики аккумуляторных батарей и генераторных установок, освещены вопросы технического обслуживания и диагностики систем электроснабжения.
Для студентов, обучающихся по направлению подготовки 23.03.03 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов». Может быть использовано в рамках специальности 23.05.01 «Наземные транспортно-технологические средства».
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 23.03.03: Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов
- ВО - Специалитет
- 23.05.01: Наземные транспортно-технологические средства
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
b. d. q½ËÅ°ÑÇ sjstgn} mgltrpsobchgoj trbosqprto}w srgfstd uÙÉÆÐÑÉ ÒÑÔÑÆÌÉ Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2019 1
УДК 629.33(075.8)
ББК 39.33-04я73
П88
Рекомендовано учёным советом ГБОУ ВО
«Оренбургский государственный университет» для обучающихся по образовательной
программе высшего образования по направлению подготовки 23.03.03 «Эксплуатация
транспортно-технологических машин и комплексов»
Рецензенты:
д-р техн. наук, доцент, зав. кафедрой теоретической и общей электротехники
Самарского государственного технического университета В. Н. Козловский;
д-р техн. наук, профессор, проректор по учебной работе
Курганского государственного университета В. И. Васильев
Пузаков, А. В.
П88
Системы электроснабжения транспортных средств : учебное пособие / А. В. Пузаков. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2019. - 228 с. :
ил., табл.
ISBN 978-5-9729-0344-3
Приведено описание принципов построения и функционирования систем электроснабжения транспортных средств. Раскрыты основные физические законы, на которых базируется работа источников электрической
энергии, рассмотрены конструктивное исполнение, параметры и характеристики аккумуляторных батарей и генераторных установок, освещены
вопросы технического обслуживания и диагностики систем электроснабжения.
Для студентов, обучающихся по направлению подготовки 23.03.03
«Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов». Может быть использовано в рамках специальности 23.05.01 «Наземные
транспортно-технологические средства».
УДК 629.33(075.8)
ББК 39.33-04я73
ISBN 978-5-9729-0344-3
Пузаков А. В., 2019
Издательство «Инфра-Инженерия», 2019
Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2019
2
Оглавление Предисловие ........................................................................................................... 6 Введение .................................................................................................................. 8 Глава 1. Характеристика системы электроснабжения автомобилей ....... 13 1.1. Общие сведения .............................................................................. 13 1.2. Принцип работы бортовой сети ..................................................... 15 1.3. Схемы бортовой сети ...................................................................... 17 1.4. Система управления электрической энергией ............................. 20 1.4.1. Управление током без нагрузки ............................................ 22 1.4.2. Управление энергией во время работы двигателя .............. 22 1.4.3. Увеличение выходной мощности генератора ...................... 23 1.4.4. Распознавание состояния аккумуляторной батареи и управление ею ................................................................................ 24 1.4.5. Датчик аккумуляторной батареи ........................................... 27 1.4.6. Блок управления для контроля аккумуляторной батареи .. 29 1.5. Стабилизация напряжения бортовой сети .................................... 32 1.6. Бортовая сеть с двумя батареями .................................................. 33 1.7. Бортовые сети грузовых транспортных средств .......................... 35 1.7.1. Компоненты бортовой сети ................................................... 37 1.8. Бортовая сеть на напряжение 48 В ................................................ 39 1.9. Баланс электроэнергии на автомобиле ......................................... 44 1.10. Стартер-генераторы ...................................................................... 49 Контрольные вопросы к главе 1 .............................................................. 53 Глава 2. Источники тока на автомобилях ..................................................... 55 2.1. Общие сведения .............................................................................. 55 2.1.1 Солнечные батареи .................................................................. 55 2.1.2. Топливные элементы .............................................................. 57 2.1.3. Суперконденсаторы ................................................................ 60 2.1.4. Аккумуляторные батареи ....................................................... 66 2.2. Назначение аккумуляторных батарей и требования, предъявляемые к ним ................................................................................ 73 2.3. Устройство и принцип работы свинцово-кислотного аккумулятора ............................................................................................. 75 3
2.4. Устройство стартерной аккумуляторной батареи ....................... 79 2.5. Типы аккумуляторных батарей ..................................................... 90 2.6. Маркировка аккумуляторных батарей .......................................... 96 2.7. Параметры и характеристики аккумуляторных батарей ............ 99 2.8. Заряд аккумуляторных батарей ................................................... 107 2.9. Эксплуатация аккумуляторных батарей ..................................... 113 2.9.1. Саморазряд ............................................................................ 113 2.9.2. Эксплуатация аккумуляторных батарей в различных условиях ........................................................................................... 115 2.10. Техническое обслуживание аккумуляторных батарей ........... 119 2.10.1. Измерение уровня электролита ......................................... 121 2.10.2. Измерение плотности электролита ................................... 122 2.10.3. Измерение напряжения батареи ........................................ 126 2.11. Неисправности аккумуляторных батарей ................................ 127 Контрольные вопросы к главе 2 ............................................................ 133 Глава 3. Генераторы транспортных средств ............................................... 137 3.1. Общие сведения ............................................................................ 137 3.2. Принцип действия автомобильных генераторов ....................... 141 3.3. Конструктивное исполнение автомобильных генераторов ...... 144 3.4. Устройство элементов автомобильного генератора .................. 156 3.4.1. Статор генератора ................................................................. 156 3.4.2. Ротор генератора ................................................................... 158 3.4.3. Выпрямительный блок ......................................................... 160 3.4.4. Щёткодержатель ................................................................... 161 3.4.5. Подшипниковые узлы .......................................................... 162 3.4.6. Привод генератора ................................................................ 163 3.4.7. Обгонная муфта шкива генератора ..................................... 165 3.5. Электрические схемы генераторных установок ........................ 166 3.6. Основные параметры и характеристики генераторов ............... 177 3.7. Принцип регулирования напряжения бортовой сети ................ 182 3.7.1. Конструктивные исполнения регуляторов напряжения ... 187 3.7.2. Защита от перенапряжений .................................................. 189 4
3.7.3. Электронное управление генераторами ............................. 192 3.8. Эксплуатация и техническое обслуживание генераторов ........ 193 3.9. Неисправности генераторных установок ................................... 197 3.10. Диагностирование генераторных установок ............................ 198 Контрольные вопросы к главе 3 ............................................................ 201 Список использованных источников ............................................................ 206 Глоссарий ............................................................................................................ 208 Предметный указатель ..................................................................................... 225 5
qrgfjsmpdjg Эксплуатационная надёжность, экономичность, активная безопасность и экологические качества автомобиля в значительной степени определяются работой его электрооборудования. Электрооборудование современного автомобиля представляет собой очень сложную систему, включающую несколько сотен изделий, а его стоимость составляет свыше трети стоимости автомобиля. С точки зрения системного подхода электрооборудование автомобиля может быть представлено в виде ряда самостоятельных функциональных систем - электроснабжения, пуска, зажигания, освещения и сигнализации, информации и диагностирования, автоматического управления двигателем и трансмиссией и др. Среди них ведущую роль играет система электроснабжения, как снабжающая энергией все устройства-потребители автомобиля. Помимо традиционных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей все большее применение получают литий-ионные батареи, топливные элементы, преобразующие энергию водорода в электрическую, а также источники, способные запасать электричество за счёт энергии торможения автомобиля (рекуперация) в молекулярных накопителях энергии (суперконденсаторах) и маховиках. Следует отметить, что в последнее время появились существенные изменения как в функциональном использовании генераторов, так и в их схемном и конструктивном исполнениях. На генератор переносятся, в частности, функции управления двигателем внутреннего сгорания, управление временем разгона автомобиля и т. п. Многие фирмы работают над созданием и внедрением автомобилей с гибридными силовыми установками - с совместной работой двигателя внутреннего сгорания и силового тягового электропривода. Целью пособия является систематизация и актуализация сведений, касающихся систем электроснабжения современных автомобилей. В результате изучения курса обучающийся должен: oзнать: основные понятия и определения в области генерации и хранения электрической энергии на борту транспортных средств; принципы построения и функционирования систем электроснабжения, обеспечивающие снижение электрических потерь и выработку необходимого качества электроэнергии; принцип работы, конструктивное исполнение, параметры и характеристики аккумуляторных батарей и генераторных установок; требования к эксплуатацию и техническому обслуживанию аккумуляторных батарей и генераторных установок; 6
qÕËÊÎÖÐÓÉÎË oуметь: классифицировать системы электроснабжения транспортных средств по различным признакам; читать и разрабатывать принципиальные электрические схемы в соответствии со стандартами на их составление; подбирать необходимый тип аккумуляторных батарей и генераторных установок с учетом особенностей транспортных средств и условий их эксплуатации; оценивать техническое состояние аккумуляторных батарей и генераторных установок транспортных средств с применением диагностической аппаратуры и по косвенным признакам; oвладеть: навыками использования в практической деятельности данных оценки технического состояния аккумуляторных батарей и генераторных установок транспортных средств; методами выявления неисправностей аккумуляторных батарей и генераторных установок транспортных средств; навыками разработки и поиска неисправностей в функциональных связях узлов, агрегатов и систем электроснабжения транспортных средств; методиками синтеза систем электроснабжения новых видов транспортных средств. Автор выражает признательность рецензентам издания, замечания и пожелания которых позволили улучшить форму представления материала пособия: доктору технических наук, доценту Козловскому Владимиру Николаевичу, заведующему кафедрой теоретической и общей электротехники ФГБОУ ВО «Самарский государственный технический университет»; доктору технических наук, профессору Васильеву Валерию Ивановичу, заведующему кафедрой автомобильного транспорта и сервиса ФГБОУ ВО «Курганский государственный университет». 7
ddgfgojg Развитие и совершенствование автомобилестроения неразрывно связано с широким применением электротехнического оборудования, автоматических устройств и систем, объединённых в единый комплекс электрооборудования автомобилей. Электрооборудование современного автомобиля - сложная система, обеспечивающая автоматизацию рабочих процессов, безопасность движения и улучшение условий труда водителей. Развитие электрооборудования автомобилей тесным образом связано с развитием общей электротехники, электроники и автоматики. Впервые электрическая энергия применена в двигателях внутреннего сгорания в 1860 г. для воспламенения горючей смеси. Источником электроэнергии являлся аккумулятор, изобретателем которого принято считать Алессандро Вольта (1745-1827), итальянского физика. Вольта расположил пластины из меди и цинка друг над другом в виде столба. Между пластинами он разместил пропитанные соляной кислотой куски картона или кожи. Получился ряд гальванических элементов, соединённых последовательно. Этот столб был первым источником тока для практического применения и известен как вольтов столб. После смерти Вольты единица измерения электрического напряжения получила наименование вольт. Немецкий физик Иоганн Вильгельм Риттер (1776-1810) построил электрическую батарею в форме цилиндра, которая была названа в его честь столбом Риттера. Столб состоял из расположенных друг над другом медных дисков и проложенных между ними и пропитанных раствором NaCl (хлорид натрия, или поваренная соль) дисков из картона. Это устройство можно было заряжать электрическим током, а при разряде оно снова вырабатывало электрический ток. Поэтому столб Риттера считается прародителем современных аккумуляторов. Ещё один немецкий физик Вильгельм Йозеф Зинштеден (1803-1891) разработал первый свинцовый аккумулятор. Он поместил две свинцовые пластины, которые не соприкасались друг с другом, в ёмкость с раствором серной кислоты и подсоединил к ним источник электрического напряжения. После многочисленных циклов зарядки и разряда конструкция приобрела определённую ёмкость. Усовершенствовал конструкцию аккумулятора Зинштедена французский физик Гастон Раймон Луи Планте (1834-1889), придав свинцовым пластинам спиральную форму. Однако этот свинцовый аккумулятор так и остался лишь экспериментом. Существенно модернизировал свинцовый аккумулятор французский инженер и физик Камиль Альфонс Фор (1840-1898). Фор покрыл обе стороны свинцовой пластины пастой из свинцового порошка и серной кислоты. Благодаря этому его свинцовый аккумулятор уже всего после нескольких циклов зарядки приобретал значительную ёмкость. 8
dÉËÊËÒÎË Ë Лю юксембур гский инж женер и и тель Генр и Оуэн Т Тюдор (18 859-1928) ) пытную м модель св винцового изобретат о аккумул лятора до о промыш шленной з зрелости. . увеличил поверхн ость элек ктродов и и распол так, что о ёмкость ого аккум мулятора увеличи илась, а с срок его щественно ь о ожил их службы с м. Он при идал АКБ Б привычн ную сегод дня форм му ящика. тве элек- служил р раствор с серной ки ислоты. О Отрицател льный эле стал сущ . В качес ектрод со з - из дву уокиси св инца. Тю юдор изго отовил фо остоял из ормы для а положи оторые п ительный позволили и наладит ть промы ышленное е произво одство св винцовых я х для аккум муляторо первую, п пригодную ю для тех хническо- енения св инцово-к ов. Он раз кислотную зработал п ю АКБ. довёл оп Тюдор у свинцово большим тролита свинца, литья, ко пластин го приме Од днако ник какая бат тарея или уляторный й элемен нт не мож жет дать некоторо ого колич чества эне и аккуму ергии, и изобрета тели вско оре осозн нали, что ь о больше н нужен по остоянны ый источн ик электр рического о тока. Пе йствитель ьно успеш шным ген нератором етище не мца Эрнервым дей нера фон Сименса. . Он созд дал свой г м стало де р в 1867 г ал его ди- - шиной. С Сегодня т ермин «д динамо» п генератор применяе тся тольк г. и назва ко для ген нератора, , остоянный ток, а тер енератор» » вырабат alternato тывает по or) подраз зумевает т й электри только ма ический т ашины пе еременног с использ зовал элек ое зажига ание, подк ое к цепи и ста Верн намо-маш который (от англ. Эм ния, пита емой акку ктрическ умулятор рмин «ге го тока. ключённо заряжали ись от ди- миль Мор напряжен шины, пр ой в движ жение рем рами, кото мённой пе орые подз ередачей. . Это был ла первая я низкого намо-маш успешна ая зарядна риводимо ая систем а, которая я может б быть дати 1895 г. ехщёточн ный гене ератор, ра нный док ирована п ктором Га ейтнером м Лукасом, впервые появился азработан я пример рно в 190 05 г. Он д примерно ансом Ле дал води телю нею возможн ность упр равления системой й подзаря ным мер- - был оче нь крупн ный генер ратор, но о он мог современн тывать то ок только о яда. По с вырабаты А (рис. В В 1). Тр и Р. Г. Л которую кам это около 8 А Рис. В В 1. Схема трехщёточ чного генер ратора 9
q½ËÅ°ÑÇ b. d. sÎÖ× ×ËÑß áÐË²× ×ÕÓÖÒÇÈÌË ËÒÎÆ ×ÕÇÒÖÔ ÔÓÕ×ÒßÙ ÖÕ ÕËÊÖ×É В т течение с следующе его десят тилетия б было опро обовано м много дру угих тех- х приёмо ов, призва анных ре шить про облему р егулировк ки мощн ости при и нических постоянн но меняю ющейся ск корости ге енератора а. Од дной из и идей была а нагревае емая спир раль в гл авной цеп пи питан ния, кото- нагреве у ала свое сопротив вление и вынужда рический й з шунтир рующую к катушку, уменьша ала электр ая поле п одмагни- увеличив неё через машины. в обход динамо-м рая при ток течь чивания Од днако упр зарядкой й батареи для всех х этих си истем пос стоянного о ло несове м, и часто о на водит теля возл лагалась о обязаннос сть вклю- равление ршенным ь ток заря ядки при д достижен нии высок х ыключать й. По сути и, одним из ранни йств на пр кого и ни риборной изкого пре й доске бы едельных ыл указа- тока был чать и вы значений тель уров вня элект тролита, ч чтобы кон их устрой нтролиров вать состо ояние зар рядки бат ареи. Рис с. В 2. Гене ератор пост тоянного т тока (ди инамо-маши ина) Дв вухщёточн ная дина амо-маши ина (рис. В 2) и б троля нап пряжения нсацией б были впер рвые испо ользованы лок конт х гг. Это дало зна ачительно я о контроль ь над про оцессом за аряда и п ы в 1930подготови ило почву у для воз зникнове- гих други систем. с компен лучший ния мног Ген нератор п их электри переменно ических с ого тока, в впервые и использов ванный в 60-е годы ы в США, , стал норм мой и в Е Европе. льшая до оступная м мощность ь и стабил льность г генератор ра перемен к 1974 г. Бол тем, чего о именно и ждала э электрон стрия, и к к 80-м год нного тодам элек- - ие систем мы значит ельно изм ная индус . ка стали трически Да альнейшее шенствован генерато оров пер еменного о менились ние конс ло связано е соверш о с приме более каче х изоляци полупровых матер риалов, а менением струкции ественных м констру уктивного ионных и о исполне ния регу- - нением б также из тока был водников ляторов н напряжен ния. 10