Защитная и коммутационная аппаратура автомобилей


А. В. Пузаков






ЗАЩИТНАЯ И КОММУТАЦИОННАЯ АППАРАТУРА АВТОМОБИЛЕЙ




Учебное пособие












Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2019

УДК 629.33(075.8)
ББК 39.33-04я73
     П88

                         Рекомендовано учёным советом ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет» для обучающихся по образовательной программе высшего образования по направлению подготовки 23.03.03 «Эксплуатация транспортнотехнологических машин и комплексов»


Рецензент:



кандидат технических наук, доцент Р. X. Хасанов



       Пузаков, А. В.


П88 Защитная и коммутационная аппаратура автомобилей : учебное по
     собие / А. В. Пузаков. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2019. -132 с. : ил., табл.
           ISBN 978-5-9729-0342-9


        Рассмотрено устройство и раскрыт принцип действия защитной и коммутационной аппаратуры автомобилей, обеспечивающей связь потребителей электрической энергии с бортовой сетью автомобиля и защиту от возможных аварийных режимов.
        Для студентов, обучающихся по направлению подготовки 23.03.03 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов». Может быть также использовано в рамках специальности 23.05.01 «Наземные транспортно-технологические средства».
УДК 629.33(075.8)
ББК 39.33-04я73

ISBN 978-5-9729-0342-9

© ПузаковА. В., 2019

                            © Издательство «Инфра-Инженерия», 2019
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2019

            ОГЛАВЛЕНИЕ



Введение................................................5
Глава 1. Общие сведения.................................7
Глава 2. Коммутационная аппаратура прямого действия.....10
     § 2.1. Принцип действия выключателей..............10
     § 2.2. Конструктивное исполнение выключателей и переключателей.................................16
Глава 3. Коммутационная аппаратура дистанционного действия...............................................29
     § 3.1. Коммутационные реле........................29
     § 3.2. Реле с магнитоуправляемыми контактами......45
     § 3.3. Контакторы.................................45
     § 3.4. Реле контроля целостности ламп.............48
     § 3.5. Тяговое реле стартера......................49
     § 3.6. Бесконтактные реле.........................51
Глава 4. Реле-прерыватели..............................54
     § 4.1. Электромагнитные реле-прерыватели..........54
     §4.2.  Электронные реле-прерыватели...............59
Глава 5. Защитная аппаратура автомобилей...............64
     § 5.1. Принцип работы.............................64
     § 5.2. Плавкие предохранители.....................70
     § 5.3. Плавкие перемычки..........................80
     § 5.4. Прерыватели электрической цепи.............84

3

     § 5.5. Позисторы................................91
Глава 6. Испытание защитной и коммутационной аппаратуры...........................................94
     § 6.1. Испытание коммутационных реле............94
     § 6.2. Испытание герконового реле...............96
     § 6.3. Испытание переключателей и реле-прерывателей.98
     § 6.4. Испытание предохранителей...............102
     § 6.5. Испытание позистора.....................106
Контрольные вопросы.................................108
Тесты для самоконтроля..............................114
Ответы к тестовым заданиям..........................117
Список использованных источников....................118
Приложение А. Условные графические обозначения защитной и коммутационной аппаратуры автомобилей....120
Приложение Б. Глоссарий..................................123

4

ВВЕДЕНИЕ


     Электрооборудование автомобилей представляет собой сложный комплекс взаимосвязанных электрических и электронных устройств, приборов и систем, обеспечивающих надёжное функционирование двигателя, трансмиссии и ходовой части, безопасность движения, автоматизацию рабочих процессов автомобиля и комфортные условия для водителя и пассажиров.
     В общем случае электрооборудование автомобилей можно разделить на три группы устройств:
       • устройства, обеспечивающие генерацию и хранение электроэнергии на борту транспортных средств;
       • потребители электроэнергии различного назначения, выполняющие вышеуказанные функции;
       • приборы, обеспечивающие взаимосвязь и защиту от возможных аварийных режимов устройств первых двух групп.
     К третьей группе устройств относится защитная и коммутационная аппаратура, от работоспособности которой зависит качество функционирования систем автомобиля.
     Коммутационная аппаратура объединяет в себе устройства прямого и дистанционного действия. Современные тенденции развития коммутационной аппаратуры предполагают вытеснение кнопочных и клавишных выключателей и переключателей сенсорными устройствами, способствующими формированию эстетического облика передних панелей автомобилей. Однако в тех случаях, когда выключатель отвечает за безопасность движения (например, аварийная световая сигнализация), с эргономической точки зрения предпочтительным остается использование механических устройств.
     Электротепловые реле, обеспечивающие прерывистый режим работы стеклоочистителей и указателей поворота, окончательно вытеснены электронными реле, выполненными на микросхеме.

5

Пузаков А. В. Защитная и коммутационная аппаратура автомобилей

     На замену электромагнитным реле, долгое время выполнявшим функции дистанционных выключателей, приходят бесконтактные ключи на основе силовых транзисторов. Они обладают большим быстродействием, повышенной надежностью (благодаря отсутствию подвижных деталей), снижают потребление электроэнергии.
     Что касается защитной аппаратуры, гарантирующей пожарную безопасность автомобилей, то по-прежнему большинство электрических цепей защищено плавкими предохранителями однократного действия. Применение автоматических выключателей многократного действия сдерживается их большими габаритами и высокой стоимостью.
     Целью учебного пособия является систематизация и актуализация сведений, касающихся защитной и коммутационной аппаратуры автомобилей.

6

            ГЛАВА 1.
            ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


     В систему электрооборудования автомобиля, помимо источников электроэнергии, ее потребителей, электромонтажного комплекта, входит также коммутационная и защитная аппаратура.
     Коммутационная аппаратура обеспечивает связь потребителей электрической энергии с бортовой сетью автомобиля. По принципу действия ее можно разделить на коммутационную аппаратуру прямого действия (выключатели, переключатели, кнопки) и аппаратуру дистанционного действия (реле, контакторы).
     Аппаратура прямого действия, которая часто требуется водителю во время движения, объединяется в комбинированные многофункциональные устройства.
     В органы управления коммутационной аппаратуры прямого действия в ряде случаев встраивают лампы подсветки, облегчающие поиск элементов управления в темноте, а также светодиоды или лампы со светофильтрами, цвет которых зависит от функционального назначения элементов:
      • красный предупреждает о необходимости принятия мер для предотвращения аварийной работы агрегатов, обеспечивающих безопасность автомобиля;
      • оранжевый предупреждает о необходимости принятия мер для обеспечения дальнейшей нормальной работы автомобиля;
      • зеленый информирует о нормальной работе системы;
      • синий информирует о том, что включен дальний свет, двигатель находится в холодном состоянии.
     Для удобства управления условные обозначения на органах управления (кнопках, клавишах, рукоятках) и крышках коммутационных блоков стандартизированы. В таблице 1.1 приведены наиболее часто используемые обозначения.

7

Пузаков А. В. Защитная и коммутационная аппаратура автомобилей

     Условные обозначения наносят на видимые с места водителя поверхности элементов управления или в непосредственной близости от них.


Таблица 1.1

Условные обозначения на элементах коммутационной аппаратуры

Цепь управления Условное обозначение Цепь управления  Условное обозначение
Габаритные                           Звуковой                             
огни                                 сигнал                               
Дальний                              Вентилятор                           
свет фар                                                       ❖          
Ближний                                                                   
свет фар                                                                  
Передние                             Очиститель                           
противотуманные                      ветрового стекла                     
фары                                                                      
Задние                               Омыватель                            
противотуманные                      ветрового стекла                     
фонари                   0^                                               
Освещение                            Прикуриватель                        
салона                                                                    
Аварийная                            Включение                            
сигнализация                         стояночной                           
Сигнал                   ОФ          тормозной                            
поворота                             системы                              

     Практически унификация элементов коммутационной аппаратуры на различных автомобилях труднодостижима. Поэтому применяются устройства, разнообразные как по конструкции, так и по выполняемым ими функциям. Вместе с тем к коммутационной аппаратуре предъявляется ряд общих основных технических требований:
      •  обеспечение в процессе эксплуатации многократного разрыва электрических цепей, что порождает специфические требования к контактной группе и узлу переключения;
      •  ограниченное число подвижных кинематических связей;
      •  минимальная масса;


8

Глава 1. Общие сведения

      •  малыеразмеры;
      •  удобство управления и присоединения жгутов проводов;
      •  надежность в процессе эксплуатации.
     На рис. 1.1 приведены общепринятые для электрических принципиальных схем условные графические изображения часто встречающихся элементов коммутационной аппаратуры.

Рис. 1.1. Условные графические обозначения элементов коммутационной аппаратуры автомобилей:
а - реле, б - соединений, в - выключателей и переключателей

     Защитная аппаратура включает плавкие и термобиметаллические (тепловые) предохранители. Они предназначены для автоматического отключения отдельных участков электрической цепи и элементов электрооборудования (потребителей) от источников электрической энергии при коротких замыканиях и перегрузках.
     На современных автомобилях имеется значительное число коммутационных и защитных устройств. Для облегчения монтажа, снижения трудоемкости сборки электрооборудования на конвейере, удобства технического обслуживания, диагностики и ремонта элементы коммутационной и защитной аппаратуры, как правило, группируются в отдельном блоке.

9

            ГЛАВА 2.
            КОММУТАЦИОННАЯ АППАРАТУРА ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ



        § 2.1. Принцип действия выключателей


     Выключатели предназначены для включения и выключения потребителей

электроэнергии.
      Переключатели применяются для включения различных потребителей с возможностью регулировки их режимов работы (например, освещение и его регулировка, включение электродвигателя с различной частотой вращения его вала).
      Самый простой тип выключателя известен как ножевой выключатель (рис. 2.1). Ножевые выключатели, как правило, не используются в современных электрических системах, но на их примере удобно проиллюстрировать работу выключателей в целом.

Выключено

Рис. 2.1. Ножевой выключатель

     Движущийся компонент ножевого выключателя называется лезвием. Лезвие сделано из проводящего материала, такого как медь или латунь. Два зажима

10

Глава 2. Коммутационная аппаратура прямого действия

ножевого выключателя связаны последовательно с электрической цепью. Рукоятка лезвия покрыта пластмассой для защиты от поражения электрическим током. Ножевой выключатель смонтирован на основе, изготовленной из непроводящего материала.
      У ножевого выключателя, показанного на рис. 2.1, есть только две позиции: включено и выключено. В выключенном положении электрический ток в цепи прерван. Такую позицию также можно назвать «нерабочим положением» (англ. - OFF), потому что устройство, которым управляет выключатель, не работает. Во включенном положении электрический ток протекает через выключатель к остальной части цепи. Таким образом, эту позицию также называют «рабочим положением» (англ. - ON).
      В последовательной схеме не имеет никакого значения, где размещен выключатель, поскольку в любом случае его размыкание прерывает протекание электрического тока. Однако стандартная автомобильная практика предписывает размыкание положительного полюса источника тока, в то время как отрицательный, в большинстве случаев соединенный с корпусом («массой») автомобиля, прерываться не должен. На рис. 2.2 показано правильное расположение выключателя. Ошибочно было бы расположить его справа от потребителя (лампы).

      Когда выключатель включен, сопротивление между зажимами очень низкое. Это низкое сопротивление позволяет электрическому току течь через выключатель почти без потерь. В выключенном состоянии выключатель обладает

11

Пузаков А. В. Защитная и коммутационная аппаратура автомобилей

бесконечно высоким сопротивлением между зажимами, которое препятствует протеканию электрического тока.
      Две части переключателя, которые соединяют или разрывают электрическую цепь, называются контактами, потому что они вступают в контакт, когда выключатель замкнут. Один из контактов называют движущимся, а другой -неподвижным.
      Есть много различных типов выключателей. Выключатели могут замкнуть или разорвать цепь электрического тока в единственной цепи, как ножевой выключатель, рассмотренный ранее. Более сложные выключатели могут управлять несколькими различными цепями одновременно.
      Два термина, полюс и позиция, обычно используются, чтобы описать, как функционирует конкретный выключатель.
      Термин полюс описывает количество входных зажимов, которые имеет выключатель. Количество полюсов равно количеству подвижных контактов в выключателе, потому что каждый из входных зажимов выключателя связан с подвижным контактом. Поскольку у ножевого выключателя, показанного на рис. 2.1, есть только один входной зажим и один подвижный контакт, следовательно, ножевой выключатель - однополюсный выключатель.
      Термин позиция относится к количеству положений, в которые выключатель может быть перемещен для замыкания электрической цепи. Ножевой выключатель - однопозиционный выключатель, потому что может быть перемещен только в одну позицию для замыкания электрической цепи. Ножевой выключатель замыкает цепь только в одной позиции (рабочее положение, ON).
      Полюс и позиция используются вместе, чтобы описать основную функциональность выключателя. Ножевой выключатель может быть описан как однополюсный однопозиционный выключатель, сокращенное название - SPST (single-pole single-throw). Схематическое изображение выключателя SPST показано нарис. 2.3.
      У выключателя может быть больше одного полюса. Выключатель, показанный на рис. 2.4, называется двухполюсным выключателем.

12