Echipamentul electric asigură alimentarea cu energie electrică a aparatelor electrice atât în timpul deplasării autovehiculului cât şi la staţionare.
Echipamentul electric al autovehiculului cuprinde: instalaţia de alimentare, consumatorii şi instalaţia de distribuţie şi anexele.
Instalaţia de alimentare este formată din: bateria de acumulatoare, generatorul de curent (continuu sau alternativ) şi aparatele pentru reglarea tensiunii şi a curentului şi conectarea cu bateria de acumulatoare.
Consumatorii sunt: instalaţia de aprindere, instalaţia de pornire, instalaţia de iluminare şi semnalizare (optică şi acustică), aparatele de măsură şi. control şi aparatele auxiliare pentru mărirea gradului de confort (ştergător şi spălător de parbriz, aparate de climatizare şi încălzire, radio, ceas etc.).
Instalaţia de distribuţie şi anexele sunt formate din: conductoare, contactul cu cheie, întrerupătoare şi comutatoare, cutii şi piese de legătură, prize. siguranţe fuzibile şi automate.
Echipamentul electric utilizează pentru legături la sursele de curent un singur conductor, de obicei pozitivul (+), masa metalică constituind conductorul al doilea de închidere a circuitului (-).
Autovehiculele moderne utilizează, în general, ca tensiune de lucru 12 V. În figura 2 se reprezintă schema instalaţiei electrice a autoturismului Dacia 1300.
Sursele de energie ale echipamentului electric al automobilelor sunt: bateria de acumulatoare şi generatorul de curent.
Bateria de acumulatoare are rolul de a alimenta consumatorii de energie electrica în timpul când motorul funcţionează la o turaţie scăzută a arborelui cotit sau când motorul este oprit. La turaţiile mijlocii şi mari ale motorului, generatorul de curent debitează suficienta energie electrica şi preia alimentarea consumatorilor.
În anumite situaţii; când consumul de energie electrica este mare (de exemplu, noaptea când se folosesc farurile), puterea consumatorilor poate depăşi puterea generatorului. în acest caz, alimentarea consumatorilor se face simultan de către ambele surse. De aceea bateria este legată cu generatorul în paralel prin bornele de aceeaşi polaritate.
În instalaţia electrică a automobilelor se foloseşte, de obicei, curentul electric continuu, condiţionat de existenta bateriei de acumulatoare care se încărcă numai cu curent electric continuu.
La unele automobile, se folosesc generatoare de curent alternativ. Folosirea curentului electric alternativ simplifica construcţia şi reglajul generatorului şi ii reduce greutatea, insa necesita un redresor.
Având în vedere rolul bateriei de a asigura pornirea automata a motorului, şi aprinderea amestecului carburant la motoarele eu aprindere prin scânteie precum şt alimentarea consumatorilor în .regimul de turaţii scăzute ale motorului sau atunci când acesta este april, cerinţele acesteia sunt :
- să posede o capacitate suficientă la dimensiuni de gabarit reduse;
- să aibă un randament bun, astfel încât procesele de încărcare şi descărcare repetate să se producă cu pierderi cât mai mici ;
- să suporte, fără a se deteriora, descărcări de scurtă durată cu intensităţi de curent foarte mari, necesare la pornirea motorului cu ajutorul demarorului electric;
- să posede o construcţie rezistentă la vibraţiile produse de denivelările drumului pe care circulă automobilul.
Funcţionarea bateriei de acumulatoare se bazează pe fenomenele reversibile electrochimice care se produc în interiorul elementelor sale.
În funcţie de natura elementelor active, bateriile de acumulatoare sunt :
- cu plăci de plumb şi electrolit acid (baterii acide) ;
- cu plăci de fero-nichel sau nichel-cadmiu şi electrolit alcalin (baterii a1caline).
Generatorul de curent electric constituie sursa principală de curent electric a automobilului. Prin funcţionarea generatorului o parte din energia mecanică disponibilă la arborele motor este transformată în energia electrică cu care se alimentează toţi consumatorii de curent.
La turaţii mijlocii şi mari ale motorului, surplusul de energie electrică furnizat de generator este înmagazinat de bateria de acumulatoare care în acest fel se încarcă.
Condiţiile pe care trebuie să le îndeplinească generatorul de curent sunt :
- să aibă o construcţie simplă şi o mare siguranţă în funcţionare;
- să posede o durată mare de serviciu;
- să aibă un gabarit redus şi o mare putere specifică raportată la 1 daN greutate.
Generatoarele de curent electric utilizate la automobile pot fi :
- de curent continuu (dinamuri);
- de curent alternativ (alternatoare).
Creşterea turaţiei face să crească în aceeaşi măsură tensiunea electromotoare, deci şi tensiunea la bornele generatorului. Variaţiile de tensiune produc perturbări în funcţionarea consumatorilor: o tensiune pre a mică poate descărca rapid bateria, iar o tensiune prea mare poate produce arderea lămpilor din instalaţia electrică şi defectarea bateriei de acumulatoare. Cercetările experimentale au dovedit faptul că creşterea tensiunii generatorului peste valoare cu 10 -12 % reduce durata de serviciu a lămpilor şi a bateriei de acumulatoare de 2 sau 2,5 ori.
Pentru evitarea acestui fenomen, în circuitul generatorului este necesar să se prevadă un aparat special al cărui rol este sa menţină tensiunea constantă prin varierea mărimii fluxului magnetic de excitaţie invers proporţional cu turaţia indusului. Acest aparat se numeşte regulator de tensiune.
O altă mărime caracteristică., a cărei valoare intervine în funcţionarea generatorului, este intensitatea curentului debitat. Astfel, menţinând la bornele generatorului o tensiune constanta, intensitatea curentului debitat poate depăşi valoarea admisibilă atunci când numărul consumatorilor alimentaţi simultan creşte. o valoare prea mare a intensităţii curentului poate produce supraîncălzirea şi arderea izolaţiei, a înfăşurărilor indusului şi statorului, fapt ce scoate din funcţionare generatorul. De aceea, între consumatori şi generatorul de curent se introduce în circuit un aparat special, numit limitator de curent.
În funcţionarea generatorului de curent se mai întâlneşte şi un alt fenomen care se manifestă în diferite regimuri de lucru ale motorului. Astfel, la turaţia scăzută sau atunci când motorul nu funcţionează, tensiunea electromotoare a generatorului este mai mică (sau nulă) decât tensiunea electromotoare a bateriei de acumulatoare. În aceste condiţii, în circuitul baterie şi generator ia naştere un curent de descărcare a bateriei în generator. Acest curent de descărcare poate încălzi înfăşurările generatorului până la arderea izolaţiei, descărcând, totodată, rapid şi inutil bateria de acumulatoare.
În scopul preîntâmpinării acestui fenomen şi pentru protejarea bateriei şi a generatorului, în circuitul acestora se montează un an aparat special, numit conjunctor-disjunctor, care închide circuitul generator-baterie numai atunci când tensiunea electromotoare a generatorului este mai mare decât tensiunea electromotoare a bateriei de acumulatoare.
Toate aceste aparate - regulatorul de tensiune, limitatorul de curent şi conjunctorul-disjunctor, pot fi montate intr-un corp compact, formând aparatul cunoscut, în construcţia automobilelor, sub numele de releu regulator
Bateria de acumulatoare cu plăci de plumb este compusă dintr-un anumit număr de elemente în serie. Un element este alcătuit dintr-un vas în care se găseşte electrolit şi doi electrozi. Vasul se confecţionează din materiale izolante : ebonita, bachelita, sau alt material plastic, iar electrolitul este preparat sub forma unei soluţii de acid sulfuric în apă distilată. Electrozii sunt formaţi din grătare de plumb pe care s-a presat o masa activa. Pentru electrozii pozitivi masa activă este realizată din oxizi de plumb de culoare brună, iar pentru cei negativi din particule foarte fine de plumb metalic, spongios, de culoare cenuşie-argintie.
Procesul electrochimic pe a cărui desfăşurare se bazează funcţionara acumulatorului cuprinde două faze distincte, şi anume: descărcarea şi încărcarea.
În figura 6.2 este reprezentată schema elementului unui acumulator cu plumb.
Fig. 1. Schema elementului unui acumulator acid cu plumb
a – descărcarea acumulatorului;
b – încărcarea acumulatorului
În starea încărcat (fig. 1. a), materia activă a electrodului pozitiv este formată din peroxid de plumb (PbO2), iar cea a electrodului negativ, din plumb metalic spongios (Pb). Conectând bornele elementului la circuitul unui consumator electric exterior, acesta se comporta ca o sursă de curent continuu, curentul circulând în exterior de la electrodul pozitiv spre cel negativ, iar în interiorul elementului, în sens invers, adică de la electrodul negativ spre cel pozitiv. Trecerea curentului electric prin electrolit are ca efect disocierea moleculelor de acid sulfuric (SO4H2) în ioni de hidrogen atomic (H) şi ioni de radical acid (SO4) pe baza ecuaţiei chimice:
SO4H2 → 2 H + SO4
Ionii de hidrogen (2 H), fiind încărcaţi cu sarcină negativă, se vor îndrepta spre electrodul pozitiv (anod), unde se vor combina cu peroxidul de plumb şi cu moleculele ramase neutre de acid sulfuric, după relaţia :
PbO2 + 2 H + SO4H2 → SO4Pb + 2 H2O.
Ionii de radical acid (SO4), fiind încărcaţi pozitiv, se vor îndrepta spre electrodul negativ (catod), combinându-se cu plumbul metalic, după relaţia
SO4 + Pb → SO4Pb.
Din aceasta reacţie se observă că, prin descărcare, la ambii electrozi ai elementului acumulatorului se formează sulfat de plumb (SO4Pb), care se depozitează pe suprafaţa plăcilor sub forma unor cristale mici.
Din însumarea relaţiilor de mai sus rezultă reacţia chimica globală de descărcare a acumulatorului, sub forma
PbO2 + 2 SO4H2 + Pb → 2 H2O + 2 SO4Pb.
Odată cu formarea sulfatului de plumb, concentraţia electrolitului scade, deoarece prin consumarea moleculelor de acid sulfuric ia naştere un număr egal de molecule de apă.
Pentru încărcare (fig. 1. b), bornele electrozilor acumulatorului se conectează la polii de acelaşi fel al unei surse de curent continuu. În acest fel, curentul va străbate elementul în interior de la electrodul pozitiv către cel negativ. Sub acţiunea curentului, moleculele de acid sulfuric se vor disocia în acelaşi mod ca şi în timpul procesului de descărcare. De data aceasta, insă, ionii pozitivi de hidrogen (2 H) se vor deplasa către electrodul negativ, în timp ce ionii radicalului acid vor fi atraşi de electrodul pozitiv.
La catod, ionii de hidrogen vor reduce sulfatul de plumb, refăcând plumbul metalic al electrodului negativ, şi vor reface concentraţia electrolitului prin formarea acidului sulfuric după următoarea ecuaţie chimică :
2 H + PbSO4 → Pb + H2SO4
La anod, în reacţia de combinare a ionilor de radical acid: cu sulfatul de plumb participă şi apa, după reacţia:
SO4 + PbSO4 + 2 H2O → 2 H2SO4 + PbO2.
Cumularea celor două reacţii are loc concomitent la cei doi electrozi şi are ca rezultat reacţia chimică globală a procesului de încărcare a acumulatorului :
2 PbSO4 + 2 H2O → 2 H2SO4 + PbO2 + Pb.
Din analiza acestei reacţii reiese faptul că, în procesul de încărcare, se reface atât materia activă a celor doi electrozi − peroxidul de plumb şi plumbul metalic − cât şi concentraţia electrolitului.
Prin urmare, concentraţia electrolitului constitute un indicator prin a cărui măsurare se poate evalua starea de încărcare sau descărcare a bateriei de acumulatoare.
Caracteristicile electrice ale bateriei de acumulatoare cu plăci de plumb.
Principalele caracteristici ale acumulatoarelor acide sunt : tensiunea la borne; capacitatea; randamentul.
Tensiunea la bornele bateriei de acumulatoare trebuie să fie aceeaşi, indiferent de mărimea bateriei. În stare încărcată, tensiunea unui element al bateriei trebuie sa fie egală cu 2 V. De aceea, pentru obţinerea tensiunii de 12 V, cât se foloseşte, de obicei, pentru alimentarea echipamentului electric al automobilelor, trebuie legate în serie un număr de şase clemente.
Valoarea tensiunii minime admise pentru un element este de 1,7 V; daca la bornele fiecărui element, tensiunea a scăzut până la aceasta valoare, bateria trebuie încărcată.
Dacă, în procesul de încărcare, întreaga cantitate de sulfat de plumb de la anod s-a transformat în peroxid de plumb, iar la catod în plumb metalic, atunci, prin alimentarea în continuare cu curent a elementului, se produce numai electroliza apei din electrolit. Din element, se degaja gaze: hidrogen la anod şi oxigen la catod, a căror cantitate creşte pe măsură ce se continuă procesul de încărcare. Acest proces intens de degajare a gazelor dud se spune ca acumulatorul "fierbe", marchează apropierea terminării încărcării bateriei. Tensiunea la borne în momentul "fierberii" bateriei este de 2,4 V şi ea poate creşte până la 2,7 V, când încărcarea trebuie oprita, deoarece se consumă în mod inutil energie electrică.
În încăperile în care se efectuează încărcarea bateriilor de acumulatoare, datorită degajării acestor gaze uşor inflamabile, este interzisă folosirea flăcărilor deschise. .
Capacitatea bateriei de acumulatoare este cantitatea de energie electrica, care se obţine prin descărcarea sau încărcarea bateriilor de acumulatoare într-un regim determinat, până la limitele admisibile ale descărcării sau ale încărcării.
Capacitatea la descărcare sau la încărcare se măsoară în mod convenţional în amperi ore (Ah) şi se calculează cu relaţiile :
Cd = Id ∙ td :
sau
Ci = Ii ∙ ti,
în care:
Id şi Ii sunt valorile carentului la descărcare, respectiv la încărcare, iar td, şi ti timpii corespunzători acestor valori
În mod convenţional, s-a definit capacitatea nominală ca fiind capacitatea rezultată la o descărcare a bateriei de acumulatoare timp de 20 h. Regimul de descărcare prevede menţinerea constantă a valorii curentului (Id = 0,05 Cd) la o temperatura a electrolitului de +27°C şi la o valoare finală a tensiunii la borne de 1.7 V pe element.
Capacitatea nominală a bateriei de acumulatoare, determinata în condiţiile descrise mai sus, se notează în mod convenţional cu C20
Capacitatea reală a bateriei de acumulatoare variază în funcţie de intensitatea curentului, temperatura şi densitatea electrolitului. Astfel, temperatura ridicata favorizează descărcările rapide. La creşterea temperaturii cu 1°C, capacitatea ajunge sa crească cu 2 %.
O influenţă considerabilă asupra capacităţii bateriilor de acumulatoare este exercitată şi de cantitatea de materie activă folosită pentru confecţionarea electrozilor.
Randamentul bateriei de acumulatoare se defineşte prin raportul dintre capacitatea de descărcare şi capacitatea la încărcare:
Ca orice sistem tehnic în care energia suferă transformări şi în acumulator există pierderi, cantitatea de electricitate cedata în timpul descărcării fiind mai mica decât cea primită în timpul încărcării.
De aceea, valorile practice ale randamentului acumulatoarelor cu plăci de plumb pentru automobile sunt intre 0,70 şi 0,75.
Bateria de acumulatoare cu plăci de plumb reprezintă un ansamblu de elemente legate în serie astfel incit sa furnizeze o tensiune la borne de 6, 12 sau 24 V. Pentru ca bateria de 24 V sa nu fie voluminoasă, se practică legarea în serie a 90ua baterii a câte 12 V. În acest fel, se obţine şi o micşorare a efortului fizic necesar pentru transportul şi manipularea bateriilor.
Bateria de acumulatoare se compune dintr-un bac despărţit în mai multe compartimente prin intermediul unor pereţi. Fiecare compartiment reprezintă câte un element al bateriei şi de aceea numărul compartimentelor corespunde numărului de elemente (3 sau 6), în funcţie de tensiunea bateriei.
In fiecare compartiment al bacului se afla un anumit număr de placi pozitive şi negative, numărul celor negative fiind mai mare eu o unitate, astfel ca fiecare placa pozitiva este cuprinsa intre doua placi negative. Acest lucru se explica prin faptul ca plăcile pozitive care alcătuiesc anodul elementului, fiind solicitate mai mult, vor fi supuse unor reacţii electrochimice egale pe ambele părţi. în acest fel se va reduce tendinţa de încovoiere a plăcilor pozitive şi efectul de desprindere a masei active de pe suprafaţa lor.
Bacul de construcţie monobloc este confecţionat din materia Ie rezistente la acţiunea acidului sulfuric: ebonita, bachelita sau materiale plastice. De asemenea, el trebuie sa posede o rezistenta termica şi mecanica relativ mare.
Pentru a se asigura o capacitate mare a bateriei de acumulatoare fără a i se mări în mod neraţional dimensiunile de gabarit, exista tendinţa de creştere a suprafeţei active a plăcilor. în acest scop, la acumulatoarele pentru automobile atât plăcile pozitive cât şi cele negative se construiesc sub forma unui grătar din plumb cu adaos de 6 - 8 % Sb pentru a i se mari rezistenta mecanică. în celulele grătarului se presează, sub forma de pastă, masa activă care ia parte la procesele electrochimice din interiorul acumulatorului. Pasta este formata din oxizi de plumb sau pulbere de plumb tratat cu o soluţie de acid sulfuric. Prin structura masei active se asigura plăcilor o anumita porozitate. Plăcile poroase pot acumula o cantitate de energie electrica mult mal mare decât dacă plăcile ar fi netede, deoarece suprafaţa totală a porilor plăcii în contact cu electrolitul este cu mult mai mare decât suprafaţa unei placi netede de aceleaşi dimensiuni.
Bateria de acumulatoare reprezentată în figura 2 este compusă din bacul 8, împărţit prin pereţii despărţitori 13 în trei compartimente. În fiecare compartiment al bacului se găsesc un număr de plăci pozitive şi negative. Plăcile bateriilor de acumulatoare sunt executate sub forma de grătar din plumb, în care se introduce materia activa. Plăcile pozitive 3 slut des partite de cele negative 1 prin plăcile separatoare 2 ce împiedică scurtcircuitarea.
Fig. 2. Construcţia bateriei de acumulatoare cu plăci de plumb
Plăcile de acelaşi semn sunt legate intre ele în paralel, formând un semibloc. Plăcile care formează un semibloc sunt lipite. de bareta (puntea) 14, prevăzută cu o borna. Semiblocul de placi pozitive 4 (7) şi semiblocul de plăci negative 5 Slut montate în aşa fel ca să alterneze o placă negativă cu una pozitivă, iar între ele se introduc plăcile separatoare. Fiecare compartiment este închis etanş cu capacul 9 care se sprijină pe muchiile bacului. Capacul este prevăzut eu trei orificii: prin două trec borna negativă 6 şi borna pozitivă 15 ale celor două semiblocuri de plăci, iar orificiul din mijloc, care se închide cu buşonul (dopul) 10, serveşte la introducerea electrolitului. Pentru aerisirea acumulatorului (evacuarea gazelor), se prevăd orificii speciale, care se găsesc în dopul 10.
Elementele ce compun bateria de acumulatoare sunt legate în serie, adică polul pozitiv al uneia se leagă la polul negativ al celeilalte, cu ajutorul punţilor de conexiune 11. Prin legarea în serie, capacitatea bateriei de acumulatoare rămâne neschimbată şi va fi egală cu capacitatea unui element, în schimb, tensiunea la borne creşte proporţional cu numărul elementelor.
Pentru a proteja plăcile şi separatoarele la controlul nivelului şi densităţii electrolitului, se utilizează ecranul 12 din material plastic.
Separatoarele permit trecerea ionilor care conduc curentul electric la reacţiile electrochimice ce au lor în timpul funcţionarii. Ele sunt confecţionate din lemn sau din material plastic.
În ultimul timp s-au făcut încercări de utilizare a unor dopuri fără orificii de aerisire. Aceste dopuri sunt confecţionate dintr-un material special (o mixtura ceramică cu adaos de paladiu) care posedă proprietatea de a forma apă din combinarea hidrogenului cu oxigenul ce rezultă în timpul reacţiei de încărcare când acumulatorul "fierbe". În acest fel se evită concentrarea electrolitului prin descompunerea apei, ceea ce prelungeşte durata de funcţionare a bateriei. Totodată, se evită stropirea în exterior cu electrolit care deteriorează punţile de conexiune şi bornele; de asemenea, se evită deteriorarea bacului care poate avea lor atunci când orificiile de aerisire ale dopurilor sunt înfundate cu impurităţi.
Bornele de ieşire ale bateriei de acumulatoare pentru automobile sunt piese de formă tronconică, marcate cu semnul plus şi minus şi sudate de primul şi de ultimul pol al grupurilor de plăci.
Pentru a se evita montarea greşită a bateriei în circuitul instalaţiei electrice, diametrul bornei pozitive este cu circa 2 mm mai mare decât al bornei negative.
Dacă, totuşi, bornele nu se pot distinge nici prin semnul polarităţii şi nici prin dimensiunile lor, atunci montarea corecta a bateriei de acumulatoare se asigură prin următorul procedeu : se leagă borne Ie bateriei şi se conectează instalaţia de iluminare. Dacă acul indicator al ampermetrului de pe tabloul de bard indică descărcarea bateriei de acumulatoare înseamnă ca aceasta este montată corect.
Electrolitul este o soluţie de acid sulfuric diluat cu apa distilata. Concentraţia electrolitului este o mărime ce caracterizează posibilităţile acumulatorului; ea se exprima în procente de acid sulfuric monohidrat, raportate la greutatea sau la volumul soluţiei folosite.
Concentraţia electrolitului se mal poate exprima intr-o mărime convenţională, grade Beaumé (oBé), între a cărei valoare şi masa specifică există o legătură exprimată prin următoarea relaţie de conversiune:
în care d este masa specifică a electrolitului exprimată în g/cm3.
Concentraţia electrolitului se stabileşte în funcţie de starea şi regimul de lucru al bateriei de acumulatoare, anotimp şi climă.
Densitatea recomandată a electrolitului pentru bateriile de acumulatoare complet încărcate este de 1,28 g/cm3 vara şi 1,3 -1,34 g/cm3 iarna.
Generatorul de curent continuu funcţionează pe baza fenomenului inducţiei electromagnetice, curentul e1ectric luând naştere ca urmare a rotirii unor conductoare electrice într-un câmp magnetic.
Principiul de funcţionare a generatorului de curent continuu este reprezentat în figura 3. în care spira conductorului 2 se roteşte în câmpul magneţilor 1 şi 3.
Capetele spirei sunt legate la două jumătăţi de inel 4 şi 5 care se rotesc odată cu spira şi sunt izolate intre ele, formând sistemul de colectare a curentului.
Fig. 3 Principiul de funcţionare a generatorului de curent continuu
Pe inelele colectoare sunt apăsate, prin intermediul unor arcuri, periile 6 legate la circuitul exterior 7. Semiinelele colectoare, rotindu-se odată cu spira, vor veni în contact, pe rând, cu o perie sau cu cealaltă. Astfel, peria din stânga este totdeauna în contact cu latura conductorului care trece prin polul nord, iar peria din dreapta cu acea parte a spirei care trece prin polul sud (poziţia periilor s-a stabilit în funcţie de sensul curentului indus). Prin rotire, spira taie liniile câmpului magnetic, ceea ce are ca efect inducerea unui curent în spiră. Pe măsură ce spira se roteşte faţă de poziţia orizontală (fig. 3. a), valoarea curentului indus scade, deoarece numărul de linii ale câmpului magnetic pe care le întâlneşte conductorul spirei este din ce în ce mai mic. Atunci când unghiul de rotaţie faţă de poziţia iniţială este de 900 (fig. 3. b), tensiunea electromotoare indusă în spiră este nulă. Continuând rotirea, spira va începe să intersecteze din nou liniile câmpului magnetic. Ajungând din non în poziţie orizontală, adică rotindu-se cu 1800 faţă de poziţia iniţială (fig. 3. c), curentul indus va avea din nou valoarea maximă. Generatoarele automobilelor sunt antrenate de motor, în general, prin intermediul unei transmisii prevăzute cu o curea trapezoidală.
Construcţia generatorului de curent continuu. În figura 4. este reprezentată, schematic, construcţia unui generator de curent continuu.
Fig. 4 Schema constructivă a generatorului de curent continuu
După cum se observă în figură, în carcasa 7 sunt fixaţi doi magneţi 2 pe care se bobinează înfăşurările de excitaţie 1 formând inductorul. În centrul carcasei este dispus indusul format din miezul 3 în canalele căruia se află secţiunile înfăşurării indusului şi colectorul 5.
Alimentarea cu curent a înfăşurărilor de excitaţie se face de la periile 4şi 6 ale generatorului. Prin urmare, înfăşurarea de excitaţie a inductorului este legată în paralel eu circuitul exterior al consumatorilor. o astfel de conexiune a înfăşurării de excitaţie se numeşte în paralel sau în derivaţie, iar generatorul poartă numele de generator autoexcitat în derivaţie sau cu excitaţie în paralel.
Părţile principale ale generatorului de curent continuu (fig. 5.) sunt: statorul, rotorul, colectorul şi periile.
Statorul sau inductorul este compus din carcasa 6, de formă cilindrică, în interiorul căreia se află polii S. Atât statorul cit şi miezul polilor se confecţionează din oţel cu conţinut mic de carbon care favorizează apariţia magnetismului remanent necesar pentru autoexcitaţia generatorului. Miezurile polilor sunt fixate de partea interioară a statorului cu ajutorul şuruburilor 24.
Pe miezul polilor se înfăşoară bobinele de excitaţie 7, confecţionate din sârmă de cupru legate în serie. Un capăt al unei bobine este legat la masa prin şurubul 23, iar un capăt al celeilalte bobine este legat la borna 12 a generatorului. La ambele capete ale carcasei statorului se află fixate, cu ajutorul tiranţilor 21, capacele 3 şi 19 pe care se sprijină, prin intermediul unor rulmenţi, axul rotorului.
Rotorul (indusul) este compus din axul 9 pe care s-au fixat, prin presare, tolele de oţel moale ce alcătuiesc miezul 10.Pentru micşorarea pierderilor de energie prin curenţi turbionari, tolele sunt izolate între ele în crestăturile tolelor este dispusă înfăşurarea 25 a indusului, constituită din secţiuni separate, ale căror capete sunt lipite într-o anumită ordine la lamelele colectorului.
Arborele rotorului se roteşte în lagărele cu rulmenţi 5 şi 20, montate în capacele 3 şi 19, centrate şi strânse de carcasa. Lagărele au asigurata ungerea prin gresoarele 4, fiind totodată etanşate prin garnituri.
Antrenarea rotorului se realizează prin intermediul rotii .de cure a 1, fixata pe arborele indusului cu pana 26, piuliţa 27 şi cuiul spintecat 28.
Colectorul 14 este format din placi de cupru fixate rigid pe arbore. Lamelele sunt izolate între ele prin plăcuţe de micanită, izolarea lamelelor de arbore realizându-se cu ajutorul unui tub confecţionat, de asemenea, din micanită. Inelul colectorului trebuie să aibă forma perfect rotundă, în caz contrar, generatorul nu va putea funcţiona normal. .
Periile 17şi 22 au rolul de a face legătura între colector şi circuitul exterior. Periile trebuie sa calce cu toată suprafaţa lor pe colector şi să nu vibreze. În acest scop, ele sunt fixate în nişte suporturi numite portperii.
Cele mai răspândite în construcţia generatoarelor de automobile sunt portperiile cu reacţie.
Suportul uneia din perii este legat la borna 13 izolată a generatorului, iar celălalt, la masa maşinii.
În corpul statorului sunt prevăzute ferestre care servesc pentru controlul funcţionarii şi al stării periilor. Aceste orificii sunt acoperite cu un colier 15 asigurat cu şurubul de strângere 16 al cărui rol este de a proteja periile împotriva pătrunderii impurităţilor.
Generatorul de curent este răcit cu aer. În acest scop, ambele capete 3 şi 19 ale statorului au orificii, iar roata de curea 1 este prevăzută cu palete orientate spre generator. Prin rotirea roţii, paletele antrenează aerul pe care îl refulează prin orificiile capacului 3 în interiorul generatorului, unde răceşte înfăşurările. Datorită răcirii, prin înfăşurări poate circula un curent mai mare fără pericol de supraîncălzire; în acest tel, se obţine un spor de putere a generatorului fără a fi necesară o majorare a dimensiunilor sale constructive.
Tensiunea generatoarelor de curent continuu corespunde celei a întregii instalaţii electrice a automobilului, care este de 6, 12 sau 24 V.
Montarea generatorului pe motor se face cu ajutorul unor suporturi şi al unor şuruburi de fixare.
La automobilele moderne, numărul aparatelor electrice consumatoare de energie electrică a crescut considerabil, contribuind la mărirea confortului şi la sporirea siguranţei circulaţiei. Pentru a satisface acest consum s-a extins utilizarea generatoarelor de curent alternativ (alternatoarelor).
Generatoarele de curent alternativ în comparaţie cu generatoarele de curent continuu au o construcţie mai simplă, au dimensiuni de gabarit şi o greutate mai mică, sunt mai sigure în exploatare, încarcă bateria de acumulatoare şi la turaţia de ralanti a motorului. Generatoarele de curent alternativ nu au colector, în locul înfăşurării complicate a indusului utilizându-se înfăşurarea simplă a statorului; înfăşurarea de excitaţie se compune dintr-o singură bobină. Puterea specifică a generatoarelor de curent continuu nu depăşeşte 46 W /kg pe când aceea a alternatoarelor atinge 100 W /kg.
Lipsa colectorului la generatorul de curent alternativ face posibilă sporirea vitezei maxime de rotaţie a rotorului până la 12.000 rot/min. În acest fel se măreşte viteza unghiulară a rotorului şi atunci când motorul funcţionează la turaţii mici de mers în gol. De aceea, alternatoarele în acest regim de funcţionare a motorului dezvoltă până la 40% din puterea lor nominală, fapt ce îmbunătăţeşte încărcarea bateriei de acumulatoare şi îi prelungeşte durata de serviciu. Totodată, permite utilizarea unei baterii cu o capacitate mai redusă.
Deoarece, alternatorul produce curent alternativ, pentru alimentarea bateriei, transformarea acestuia în curent continuu se realizează cu redresorul. Datorită faptului di redresorul permite circulaţia curentului numai intr-un singur sens, nu mai este necesară montarea releului de curent invers şi a releului limitator de curent (reglarea intensităţii curentului efectuându-se prin saturaţia electromagnetica a alternatorului), ceea ce simplifică construcţia generatorului şi măreşte siguranţa sa în funcţionare. Funcţionarea generatorului de curent alternativ va fi asigurată în funcţie de variaţiile de turaţii şi de sarcină de către un singur releu regulator de tensiune.
Construcţia şi funcţionarea generatorului de curent alternativ. În figura 6. este reprezentată construcţia unui generator de curent alternativ cu excitaţie electromagnetică. Generatorul se compune dintr-un stator, un rotor şi ansamblu de redresare a curentului.
După cum reiese din figură, între cele două capace 1 şi 13 este fixat, cu ajutorul unei tije filetate 7 miezul 10al statorului, care de altfel constituie şi conductorul magnetic.
Miezul 10, înscopul diminuării fenomenului de încălzire produs de curenţii turbionari, se confecţionează din tole subţiri de oţel izolate intre ele prin lăcuire. În crestăturile interioare ale statorului se afla bobinele înfăşurării 8 dispuse în trei faze legate în stea. Conductoarele de ieşire ale înfăşurării statorice sunt legate prin clemele 2, la sistemul de redresare 3, format dintr-un bloc de diode cu siliciu.
În timpul funcţionării generatorului, în bobinele înfăşurării statorului se induce o tensiune electromotoare, ceea ce are ca urmare scurgerea unui curent prin înfăşurarea de excitaţie şi în circuitul de conectare a consumatorului.
Rotorul, care reprezintă inductorul alternatorului, este format din mai multe piese polare ale căror capete 9 au forma unor gheare care închid între ele o înfăşurare de excitaţie coaxială cu arborele. Astfel, capetele jumătăţii rotorului cu polaritatea magnetică nordică se îmbină cu capetele celei de-a dona jumătăţi cu polaritate sudică. Rotorul se roteşte pe doi rulmenţi montaţi în locaşurile prevăzute în capacele alternatorului.
Bobina înfăşurării 11 de excitaţie este înfăşurată pe bucşa de otel 12 dispusă între capetele pieselor polare. Ambele capete ale înfăşurării sunt lipite la două inele de contact 4 confecţionate din cupru şi montate pe bucşe izolate.
Două perii de grafit 4 ale generatorului de curent alternativ sunt montate în suporturile 6 şi menţinute prin arcuri în contact permanent cu inelele colectoare. O perie este conectată la borna S, iar cea de-a dona, la corpul generatorului. Capetele 9 ale pieselor polare, cămaşa 12 şi bucşele de izolare ale inelelor de contact 4 sunt montate, prin presare, pe suprafaţa striată a axului rotorului.
Capacele 1 şi 13 ale generatorului sunt prevăzute cu orificii care asigură circulaţia fluxului de aer, antrenat de discul cu aripioare 14 al rotii de curea.
Pe capacul 1 este montată borna negativa, sub forma unui şurub, şi borna pozitivă, izolată de masă.
Şurubul bornei pozitive este legat cu placa 16 (fig. 6. b) a bornelor pozitive ale celor trei diode cu conductibilitate directă. Placa de contact 15 a bornelor negative ale celor trei diode cu conductibilitate inversă este pusă în legătură printr-un an şurub cu corpul alternatorului.
La începutul funcţionarii generatorului, înfăşurarea de excitaţie se alimentează de la bateria de acumulatoare cu curent continuu. În acest fel ia naştere câmpul magnetic. Prin învârtirea rotorului sub fiecare bobină a statorului va trece prin alternanţă când polul nord, când polul sud al rotorului. Ca urmare, fluxul magnetic care străbate crestăturile statorului îşi modifică sensul şi mărimea, inducând în acest fel în bobinele statorului o tensiune electromotoare a cărei valoare şi sens sunt variabile.
Tensiunea electromotoare indusă dă naştere unui curent alternativ trifazat, care, prin intermediul blocului de redresare, este transformat în curent continuu.
Pe măsură ce viteza unghiulară a rotorului creşte, când tensiunea generatorului va fi mai mare decât tensiunea bateriei de acumulatoare, înfăşurarea de excitaţie se va alimenta de la curentul produs chiar de generator.
În figura 6.10 este reprezentat alternatorul utilizat la automobilul ROMAN.
Statorul (fig. 6.11), sub forma de inel, este prevăzut cu pachetul de tole statoric cu un număr de crestături în care se află o înfăşurare trifazată cu legătură în stea, în care se induce tensiunea electromotoare. Capetele exterioare 1, 2, 3 ale înfăşurării statorului sunt legate la puntea de redresare. Capetele interioare sunt legate în punctul 4, care formează centrul stelei bobinajului.
Rotorul (fig. 6.12), cu polii în forma de gheara, este format din dona părţi simetrice. Înfăşurarea de excitaţie 1 se ana pe rotor. Periile care freacă pe inelele colectoare 4, legate cu înfăşurarea de excitaţie, sunt montate pe scutul colector. Axul rotorului este montat pe rulmenţii cu bile din capacele alternatorului.
Antrenarea alternatorului se face printr-o roată de curea montată pe axul rotorului. Răcirea se realizează cu ajutorul unui ventilator, montat pe alternator.
Redresarea curentului alternativ în curent continuu se realizează cu ajutorul a şase diode cu siliciu (trei diode pozitive 5 şi trei diode negative 6), legate în punte trifazată (fig. 6.13). Suporturile diodelor au şi rolul de a disipa căldura produsă în timpul funcţionarii. Liniaritatea curentului redresat este realizata de condensatorul 8 de 1 mF.
Alternatoarele utilizate la automobilele romaneşti au următoarele caracteristici: 12 V şi 500 W pentru DACIA 1300; 12 V şi 530 W pentru OLTCIT; 24 V şi 590 W pentru autocamioanele ROMAN; 24 V şi 1 500 W pentru autobuzele ROMAN.
RELEUL REGULATOR DE TENSIUNE
Releul regulator de tensiune are rolul de a menţine constantă tensiunea la bornele generatorului de curent, independent de turaţia motorului sau de sarcina generatorului.
Ca o consecinţă a menţinerii tensiunii generatorului de curent la o valoare constantă, intensitatea curentului de încărcare a bateriei de acumulatoare scade pe măsura ce aceasta se încarcă, reducându-se la zero atunci când aceasta este complet încărcată. De asemenea, regulatorul de tensiune corectează valoarea curentului debitat de generator în funcţie de anotimp, micşorând curentul de încărcare a bateriei vara, când bateria se încarcă mai uşor, şi mărindu-l iarna, când bateria, având o temperatura scăzută, se încarcă mai greu.
Pentru a menţine tensiunea constantă când turaţia variază, va trebui scăzut fluxul magnetic intr-un raport invers proporţional cu turaţia. Fluxul magnetic fiind produs de curentul care trece prin înfăşurarea de excitaţie a polilor statorului, rezulta că pentru a obţine un flux mic trebuie redus curentul de excitaţie. Această diminuare a curentului de excitaţie se obţine prin legarea în serie cu înfăşurarea de excitaţie a unei rezistente suplimentare. Releul regulator de tensiune cel mai utilizat la autovehicule este un releu electromagnetic de tip vibrator (DACIA 1300, ARO 240).
Releul regulator de tensiune electromagnetic este prevăzut cu electromagnetul 1, montat pe un suport, contactul mobil 2 şi contactele fixe 3 şi 4, corespunzătoare celor două trepte de tensiune; distanţa dintre contactul mobil şi cele fixe se reglează cu ajutorul unor şuruburi. Contactul mobil este montat pe armătura electromagnetului al cărui întrefier se reglează cu arcul lamelar 5.
Înfăşurarea electromagnetului este legată cu un capăt la racordul dintre contactul fix 4 al treptei a II-a şi rezistenta de protecţie Rp (un fir calibrat), iar cu celălalt la rezistenta de compensaţie termică Rcp, care se racordează intre contactul fix 3 al treptei I şi al rezistentei de reglare R" conectata la borna (+)D a releului; în serie cu rezistenţa Rr se leagă rezistenţa pentru stingerea scânteilor dintre contacte Rs (racordată la masă). Rezistenţa Rr este şi ea legată la masă. Releul mai este prevăzut cu borna DF în legătură cu contactul mobil. Protecţia releului împotriva stropirii sau şocurilor este asigurată de un capac din ebonită cu garnitură.
Bornele releului (+)D şi DF se conectează la bornele respective ale alternatorului 6, iar borna de masă la aceeaşi bornă a alternatorului, în circuit cu bateria de acumulatoare 7.
Funcţionare. Iniţial, înfăşurarea de excitaţie a alternatorului este alimentată de bateria de acumulatoare prin contactele treptei I (mobil 2 şi fix 3) ale releului de tensiune; curentul de excitaţie va avea valoarea maximă pentru că este eliminată din circuit rezistenţa de reglare Rr.
La creşterea turaţiei, creşte şi tensiunea la bornele alternatorului (+)D şi (-) D, iar curentul care trece prin înfăşurarea electromagnetului va magnetiza miezul său din fier moale şi va atrage armatura cu contactul mobil pe care-l desface de contactul fix 3. Astfel, curentul de excitaţie va trece prin rezistenţa de reglare Rr, reducându-i-se intensitatea şi menţinând o tensiune constantă la bornele alternatorului.
Dacă turaţia motorului creşte, se va ivi tendinţa de creştere a tensiunii şi la generator; contactul mobil va fi tras prin armatură de electromagnet şi mai mult, conectându-l cu contactul fix 4(treapta a II-a), şi se va scurt-circuita înfăşurarea de excitaţie a alternatorului. Tensiunea scade şi arcul lamelar 5 îndepărtează contactul mobil 2, alimentându-se din non excitaţia generatorului. Fenomenul se repetă cu o mare frecvenţă (150 -250 per/s), pentru care motiv mai este numit şi releu vibrator, menţinând la bornele generatorului o tensiune de 12,5-14,5 V, la o turaţie maximă de lucru de 10. 000 rot/min, iar curentul maxim 36 A. .
S-a constatat că ameliorarea siguranţei în funcţionare şi mărimea duratei de serviciu a contactelor se poate obţine prin limitarea intensităţii curentului în circuitul de excitaţie al generatorului până la 1,7 -1,8 A.
Regulatoarele de tensiune cu releu electromagnetic de tip vibrator prezintă dezavantajul uzurii prin oxidare şi eroziune a contactelor, precum şi limitarea curenţilor de excitaţie, care nu pot avea o valoare prea mare. Prin combinarea regulatoarelor de tensiune cu releu electromagnetic cu elemente tranzistorizate s-a obţinut o reducere substanţială a curentului prin contacte. De asemenea, se construiesc şi regulatoare de tensiune la care transistoarele înlătură complet întreruperea curentului prin contacte.
Automobilele ROMAN şi în ultimul timp şi DACIA 1300 şi ARO folosesc regulatoare de tensiune cu relee electronice.
Alternatoarele de pe automobilele ROMAN funcţionează cu un regulator de tensiune electronic (fig. 6.15), care întrerupe temporar curentul de excitaţie când tensiunea la bornele alternatorului tinde să crească. La creşterea tensiunii alternatorului peste o anumită limită, dioda stabilizatoare Dz1 determină creşterea tensiunii de polarizare a tranzistorului de comanda T1 care, în felul acesta, va intra în conducţie. În acest caz, tensiunea de polarizare a tranzistorului de putere T2scade, ceea ce duce la blocarea acestuia şi, prin urmare, la întreruperea curentului de excitaţie. La scăderea tensiunii, dioda stabilizatoare Dz,revine în starea iniţială, când tranzistorul de comanda se blochează, iar tranzistorul de putere T2 permite iar trecerea curentului de excitaţie. Termistorul TM1serveşte la compensarea variaţiei tensiunii datorită variaţiilor de temperatură.
| Cele mai ok referate! www.referateok.ro |