Источники тока

Источники тока

В качестве источников ток на автомобиле применяют аккумуляторную батарею и генератор. Аккумуляторная батарея питает потребители, когда двигатель не работает или работает на малых оборотах холостого хода, а генератор питает потребители и заряжает аккумуляторную батарею при работе двигателя на средних и больших оборотах.

Аккумуляторная батарея

Состоит из трех или нескольких одинаковых по устройству кислотных аккумуляторов, соединенных последовательно. В аккумуляторных батареях химическая энергия превращается в электрическую. Характерная особенность такого источника питания – способность вырабатывать ток и после разряда, если через батареи пропустить постоянный ток в обратном направлении в течении определенного времени.

Устройство батареи приведено на рисунке.

Рис. Аккумуляторная батарея. А – блок пластин, б– детали узла выключателя «массы», в – общий вид, 1 – отрицательно заряженная пластина, 2 – сепаратор, 3 – положительно заряженная пластина, 2 – сепаратор, 3 – положительно заряженная пластина, 4 – малый шток, 5 – провод, соединяющий выключатель «массы» с выводом12, б – большой шток, 7 – положительный вывод, 8 – бак, 9 – пробка наливного отверстии, 10 – крышка, 11 – перемычка, 12 – отрицательный вывод, 13 – предохранительная решетка, 14 – баретка, 15 – штырь, А – полублок отрицательных пластин, Б – полублок положительных пластин, В – выключатель «массы».

Эбонитовый или из кислотоупорной пластмассы бак 8 имеет отделения для аккумуляторов, составляющих батарею. В каждом отделении (банке) помещается один аккумулятор. Бак, изготовленный из кислотостойкой пластмассы или эбонита, имеет на дне ребра, на которые опираются пластины. В каждую банку помещен набор чередующихся положительно 3 и отрицательно заряженных свинцовых пластин в виде решеток, погруженных в раствор серной кислоты и дистиллированной воды определенной концентрации. Этот раствор называется электролитом. Электролит получают, растворяя серную кислоту в воде. В процессе эксплуатации автомобиля уровень электролита может понижаться из-за выкипания воды. Следовательно, восстанавливаем необходимый уровень, доливая дистиллированную воду. В 1 л электролита заряженного аккумулятора содержится 500 г чистой серной кислоты и 800 г воды. Важным параметром аккумуляторной батареи является плотность электролита. Нормальная плотность электролита у полностью заряженной батареи 1,28-1,29 г/см3, зимой плотность электролита из – за опасности замерзания повышают до 1,31 г/см3. плотность электролита зависит от степени заряженности батареи, а температура замерзания зависит от плотности электролита. Зависимость показана в таблице.

Плотность электролита измеряют специальным прибором называемым ареометром.

Рис. Проверка уровня и плотности электролита 1 – стеклянная трубка; 2 – резиновая груша; 3 – стеклян ный цилиндр; 4 – денсиметр; 5 – наконечник; А – ареометр; Б – шкала денсиметра

Если в аккумулятор налить электролит, то серная кислота вступает в химическую реакцию со свинцовыми пластинами и на поверхности пластин появляется слой сернокислого свинца.

Если через такой элемент пропустить постоянный ток, то электролит под действием тока разлагается, в результате сернокислый свинец положительной пластины превращается в перекись свинца, а на отрицательной пластине сернокислый свинец превращается в губчатый свинец серого цвета. Плотность электролита увеличивается, напряжение на клеммах аккумулятора тоже. Такой процесс называется зарядом.

При подключении к аккумулятору потребителей, ток пойдет в обратном направлении, что вызовет обратную химическую реакцию, на пластинах аккумулятора вновь будет образовываться сернокислый свинец. Плотность электролита уменьшается, напряжение на клеммах аккумулятора тоже. Такой процесс будет называться разрядом.

Отрицательных пластин в каждом аккумуляторе на одну больше, чем положительных, поэтому с обеих наружных сторон блока находятся отрицательные пластины. Толщина положительных пластин больше чем отрицательных. Над пластинами установлен предохранительный щиток.

Положительные пластины отделены от отрицательных пористыми прокладками (сепараторами), изготовленными из стеклянного войлока, микропористого эбонита (мипор) или микропористой пластмассы (мипласта). Сепараторы, изготовленные из минора или мипласта, с одной стороны имеют ребристую поверхность, которой сепаратор обращен к положительной пластине. На дне моноблока аккумуляторной батареи имеются ребра, на которые опираются отрицательные и положительные пластины своими выступами. Во избежание замыкания выступы положительных и отрицательных пластин опираются на разные блоки.

Положительные пластины соединены между собой свинцовыми баретками 14. К бареткам приварены свинцовые штыри 15, выведенные наружу через два крайних отверстия в крышке 10 аккумулятора. Сверху пластины закрыты перфорированным пластмассовым щитком13. через отверстие в крышке, закрываемое пробкой 9, аккумулятор заполняют электролитом. Образующиеся при заряде аккумулятора газы выходят в атмосферу через вентиляционное отверстие пробки. У некоторых аккумуляторов это отверстие выполнено в отдельном штуцере на крышке 10. Зазоры между крышками и стенками бака 8 уплотнены мастикой.

Аккумуляторы соединены в батарею последовательно посредством межэлементных соединений (перемычек) 11, приваренных к выводным штырям 15. Свободные от перемычек выводные штыри крайних аккумуляторов присоединяют к сети электрооборудования автомобиля.

Выключатель массы. При установке на автомобиль выводной штырь батареи со знаком "-" присоединяют к «массе» через выключатель, расположенный в кабине.

Для выключения «массы», нажимают рукой или ногой на большой шток 6. При этом подвижные и неподвижные контакты замыкаются и аккумуляторная батарея включается в электрическую цепь с потребителями. Отключают аккумуляторную батарею от цепи малым штоком 4.

Действие аккумуляторной батареи. На современных автомобилях применяют приборы рассчитанные на напряжение 12 или 24 В. Для того, чтобы получить такое напряжение необходимо соединить последовательно шесть аккумуляторных батарей свинцовыми перемычками. Напряжение на клеммах свинцовых аккумуляторов несмотря на их размер и количество пластин остается постоянным. В заряженном состоянии напряжение одного аккумулятора равно 2В, при разряде напряжение снижается. Нельзя допускать, чтобы напряжение аккумулятора было ниже 1,7В, в таком случае аккумулятор портится.

Емкость аккумулятора определяется количеством электричества, которое может дать заряженный аккумулятор при разряде до допустимого предела (1,7В). Измеряется емкость ампер – часами. Емкость батареи, состоящей из нескольких аккумуляторов, соединенных последовательно, равна емкости одного аккумулятора. Емкость зависит от размера пластин и их количества, от качества активной массы, силы разрядного тока, а также от плотности и температуры электролита.

Номинальная емкость стартерных аккумуляторов гарантируется при непрерывном разряде полностью заряженного аккумулятора током, численно равным 1/10 его емкости, при температуре 30 градусов С, и начальной плотности электролита 1,285 г/см3 для напряжение 1,7В. Так, аккумулятор емкостью 10 ампер – час способен при указанных температуре и начальной плотности электролита поддерживать в присоединенной к нему цепи топ 7А в течение 10 часов, по истечение которых разрядится до напряжения 1,7В.

Чем больше сила разрядного тока, тем меньше становиться емкость. Снижение температуры электролита на один градус Цельсия от температуры 30 градусов Цельсия снижает емкость примерно на 1%.

Типы и обозначения (маркировка) автомобильных аккумуляторных батарей. Принятая маркировка батарей включает: цифру 3 или цифру 6 вначале, обозначающую число аккумуляторов в батарее; буквы СТ, указывают на то, что батарея стартерная, а число после букв СТ, показывает емкость батареи в ампер – часах. Последние буквы обозначают материал бака (Э– эбонит(большинство старых аккумуляторов имели именно такие корпуса), Т – термопластичная пластмасса –, П – асфальтопековая пластмасса с кислотоупорными вставками), буквенное обозначение материала сепараторов (Р – с сепараторами из мипора (мипор), М – с сепараторами из мипласта (мипласт), С – стекловолокно, ДС и МС – древесина или мипласт, комбинированные со стекловолокном, Л – необслуживаемая; 3 – поставляется заряженной; Н – поставляется несухозаряженной.). После буквенных обозначений указывается соответствующий государственный стандарт.

На автомобилях ЗИЛ-130 устанавливают аккумуляторные батареи 6-СТ-90-ЭМС, на ГАЗ-53А – 6-СТ-75 и на КамАЗ – две 6-СТ-190-ТР.

Присоединение батарей к сети электрооборудования. Для определения на выводных клеммах проставляются знаки « + », « – ». Отрицательную клемму всегда делают тоньше положительной. Батареи соединяют положительным полюсом с изолированными проводами системы электрооборудования, а отрицательным – с массой. Такая полярность наиболее удобна, поскольку в автомобилях установлены радиоприемники, которые должны быть соединены с «землей» отрицательным полюсом.

Если на батарее нет опознавательных знаков и клеммы по толщине различить трудно, надо установить батарею на автомобиль и подключив клеммы, включить свет. Если стрелка амперметра при неработающем двигателе покажет разряд, то батарея включена правильно.

Гарантийный срок эксплуатации аккумуляторных батарей, колеблется от 18 до 24 месяцев, в зависимости от материала сепараторов, а также от условий эксплуатации. Современные аккумуляторные батареи выпускают чаще всего в необслуживаемом исполнении В т.е. все аккумуляторные батареи сухозаряженные, батареи поступают с завода – изготовителя в заряженном виде без электролита. Несмотря на это, они требуют к себе со стороны водителя определенного внимания.

Операции, необходимые для приведения аккумуляторной батареи в рабочее состояние.

– очистить поверхность батареи перед эксплуатацией от загрязнений дабы не дать возможности малым токам, использующим загрязненную поверхность для своего движения, разрядить ее. Очистить поверхность кальцинированной содой или 10% раствором нашатырного спирта, затем насухо вытереть сухой ветошью;

– надежно закрепить аккумуляторную батарею на автомобиле;

– освободить вентиляционные отверстия;

– залить электролит в каждый аккумулятор. Плотность электролита должна соответствовать заряженному аккумулятору, сезону и климатическому поясу; уровень электролита должен быть на 10 – 15 мм выше предохранительного щитка;

– по истечению 2 -3 часов долить электролит до уровня;

– подзарядить аккумулятор силой тока, равной 0,1 емкости в течение 5 часов, если недостаточно – снизить зарядный ток и продолжить заряд аккумулятора в течение 3 часов. Кипение электролита, постоянная плотность и напряжение в течение 3 часов, является признаком конца заряда;

– долить дистиллированную воду или электролит повышенной плотности (1,4), если плотность электролита к концу заряда не соответствует норме;

– проверить зарядку, плотность и уровень электролита, они должны находиться в установленных пределах;

– проверить надежность крепления наконечников (клемм) проводов и их чистоту;

– обратить внимание на состояние полюсных штырей батареи. Окисление этих элементов увеличивает сопротивление.

При электротехнических работах, длительном хранении автомобиля или на стоянке аккумуляторную батарею следует отключить от «массы» автомобиля, для чего устанавливают выключатель аккумуляторной батареи.

При работе с аккумуляторными батареями следует помнить, что при нарушении правил обращения с ними, они опасны для здоровья человека:

– содержат серную кислоту, которая может причинить ожоги, при попадании на открытые участки тела;

– выделяют взрывоопасный горючий газ;

– напряжение и емкость аккумуляторных батарей достаточны для того, чтобы нанести человеку поражение электрическим током в определенных условиях.

Рис. Генератор 1– шкив, 2 –вентилятор, 3 и 9 – крышки, 4 – вал ротора, 5 – обмотка взбуждения ротора, 6 – контактные кольца, 7 – обмотка статора, 8 – пластины статора, 10 –щетка, 11– щеткодержатель, 12 – магнит ротора, А – ротор, Б – статор, В – выпрямительный блок.

Генератор это источник электрического тока и служит для питания потребителей во время работы двигателя и заряда аккумуляторной батареи. На грузовых автомобилях устанавливают трехфазные генераторы переменного тока со скользящими контактами.

Генератор переменного тока состоит из статора Б, ротора А, выпрямительного блока В, двух крышек 3 и 9, вентилятора 2. Статор представляет собой, кольцо, набранное из листов 8 электротехнической стали, изолированных друг от друга лаком, это сделано для уменьшения потерь на вихревые токи. На внутренней поверхности статора имеются пазы, в которые укладываются 18 катушек 7. Катушки разделены на три группы, по шесть штук в каждой. Таким образом, в каждой фазе по шесть катушек. Соединены между собой катушки последовательно. Одним концом все три катушки соединены между собой, а другой конец каждой группы выведен к выпрямителю. Статор с обеих сторон закрыт крышками из сплава алюминия, в которых на подшипниках установлен ротор.

Магнитное поле создается обмоткой 5 возбуждения и электромагнитом 12, имеющим шесть пар полюсов на стальном валу. Катушка возбуждения помещена внутри сердечников полюсов, а ее выводы припаяны к двум медным контактным кольцам 6. К кольцам прижимаются щетки 10, установленные в щеткодержатели 11.

При включенном зажигании обмотка возбуждения питается от аккумуляторной батареи постоянным током, создавая магнитное поле.

Рис. Схема работы генератора

Трехфазный ток, индуктируемый в обмотках статора, подводится к кремниевому трехфазному выпрямителю, который состоит из шести кремниевых диодов, собранных внутри задней крышки генератора. После выпрямителя во внешнюю цепь подается уже постоянный электрический ток. Амперметр, с помощью которого контролируется работа генератора, установлен на щитке приборов в кабине.

На генераторе имеются три вывода: один из них положительный ( + ), второй шунт (Ш) и третий выведен на массу ( – ).

Применение генераторов переменного тока позволило уменьшить габариты генераторов, вес, повысить надежность, увеличить мощность по сравнению с генераторами постоянного тока.

Частота вращения коленчатого вала двигателя, а следовательно и ротора генератора, во время работы непостоянна. Чем больше частота вращения ротора, тем больше напряжение тока генератора и наоборот. Когда оно станет больше, чем напряжение тока аккумуляторной батареи, обмотка возбуждения будет питаться током генератора. Такие колебания напряжения влияют на нормальную работу потребителей тока.

Для поддержания в сети постоянного напряжения, вырабатываемого генератором независимо от частоты вращения ротора генератора, нагрузки, температуры и для защиты генератора от перегрузок служит реле – регулятор напряжения .

Регулятор напряжения автоматически поддерживает при средних и больших оборотах коленчатого вала двигателя напряжение генератора приблизительно постоянным, независимо от частоты вращения якоря генератора.

На автомобилях используют контактно – транзисторный реле – регулятор и бесконтактно – транзисторный регулятор. Контактно – транзисторный регулятор применяется на автомобилях ГАЗ -53А и состоит из двух электромагнитных реле (регулятора напряжения и реле защиты), транзистора, трех диодов и резисторов. При работе генератора ток в обмотку возбуждения попадает через транзистор. Если напряжение не превышает допустимого значения, ток поступает без ограничений. С увеличением напряжения намагниченный сердечник регулятора напряжения притягивает якорек и контакты смыкаются, транзистор перестает пропускать ток в обмотку возбуждения, ток поступает в обмотку через добавочные резисторы, напряжение уменьшается и контакты вновь размыкаются. Процесс повторяется с большой частотой.

У бесконтактного регулятора отсутствуют контакты, он более надежен в работе, так как контакты могут окисляться. Такой регулятор состоит из измерительного и регулирующего устройства.

Измерительный элемент – стабилитрон, который управляет тремя транзисторами. Выходной транзистор изменяет силу тока в цепи обмотки возбуждения генератора и тем самым поддерживает напряжение генератора в заданных пределах (12,5 – 13 В).

Регулятор с генератором соединяются проводами с закрытыми фиксирующими штепсельными разъемами, чем исключается короткое замыкание проводов на «массу».

В автомобилях аккумуляторная батарея и генератор включены параллельно. Когда напряжение генератора больше напряжение аккумуляторной батареи, ток от генератора через выпрямитель заряжает аккумуляторную батарею и питает потребителей.

Если напряжение генератора понижается и становится ниже напряжения аккумуляторной батареи, ток для питания потребителей поступает от аккумуляторной батареи.

В генераторах переменного тока присутствует эффект самоограничения максимальной силы тока. При увеличении тока нагрузки, возрастает ток в катушках обмотки статора, увеличивается магнитный поток статора. Он противодействует магнитному потоку ротора, результирующий магнитный поток уменьшается, уменьшается идуктируемое э.д. с. – происходит самоограничение силы тока. Самоограничение происходит еще и за счет увеличения индуктивного сопротивления обмотки, при увеличении частоты вращения ротора и повышения частоты тока в обмотках катушки статора.

Неисправности источников тока

К неисправностям аккумуляторной батареи относятся саморазряд, понижение емкости, полное прекращение действия, а также трещины и другие повреждения корпуса.

Саморазряд – это разряд батареи при отключенных потребителях. Саморазряд, не превышающий 1,0 -1,5% емкости батареи за сутки (полный разряд происходит за 60 – 100 суток). Является нормальным.

Причины ускоренного саморазряда, при котором батарея разряжается за несколько часов: электролит и грязь на поверхности батареи, вызывающие утечку тока, замыкание между собой положительных и отрицательных пластин осадком активной массы, скопившейся на дне бака на уровне ребер, а также загрязнение электролита посторонними примесями.

Понижение емкости батареи вызывается одной из следующих причин: сулфатация пластин, недостаточная плотность электролита, выпадение активной массы. Сульфатация происходит при глубоком (ниже 1, 7 В) разряде аккумуляторов или оставлении батарей разряженными на длительное время, при понижении уровня электролита в аккумуляторах, активная масса выпадает из –за чрезмерной плотности электролита или вследствие колебания пластин, вызванного перегрузкой аккумуляторной батареи при непрерывном включении стартера, более 10 секунд. А также при пуске стартером холодного двигателя., заправленного слишком вязким маслом.

Полное прекращение действия аккумуляторов (на выводных штырях отсутствует напряжение) наступает вследствие замыкания между собой разноименных пластин при поврежденных сепараторах или отрыва выводных штырей от бареток или межэлементных соединений.

Трещины корпуса появляются от ударов при ослабленном креплении аккумуляторной батареи в гнезде, при неосторожном перемещении, замерзании электролита пониженной плотности.

Ремонтируют батарей (разбирают, заменяют неисправные пластины, сепараторы, приваривают штыри и т.д. ) в специализированных мастерских.

Неисправности генераторов и реле – регуляторов. При их неисправностях уменьшается или полностью прекращается питание потребителей от генератора и заряд аккумуляторной батареи. Это обнаруживают по показаниям амперметра ( отсутствие зарядного тока на ходу автомобиля, при хорошо заряженной аккумуляторной батарее и исправном реле – регуляторе является нормальным), а также по недостаточному накалу ламп освещения при работе двигателя на средних и больших оборотах, слабому действию звукового сигнала и т. п. Чаще всего генератор работает ненормально по следующим причинам:

– слабое натяжение ремня привода генератора;

– загрязнение и износ коллектора или контактных щеток генератора;

– ослабление пружин щеток;

– замыкание или обрыв в обмотках генератора;

– нарушение регулировки;

– подгорание контактов и другие неисправности реле – регулятора;

– неисправности выпрямительного устройства.

Состояние коллектора и щеток контролируют осмотром, сняв защитную ленту и если требуется очищают коллектор и заменяют щетки.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.