Электроника и электрооборудование транспортных и транспортно-технологических машин
МИНОБРНАУКИ
РОССИИ
Федеральное
государственное бюджетное образовательное
Учреждение
высшего профессионального образования
«Тульский
государственный университет»
Политехнический
институт
Кафедра
«Автомобили и автомобильное хозяйство»
Контрольно-курсовая
работа
По
дисциплине «Электроника и электрооборудование транспортных и транспортно -
технологических машин»
Вариант
№ 16
Выполнил: студент
гр. 620891 Р.В. Никитин
Проверил: д.т.н.,
проф. каф. АиАХ В. И. Петров
Тула
2012
Содержание
Задание
1. Временные характеристики стартерных
аккумуляторных батарей
Задание
2. Расчет вольт-амперных характеристик стартерных
АКБ
Задание
3. Электромеханические характеристики стартера
Задание
4. Характеристики контактной системы зажигания
Список использованной литературы
Задание 1. Временные характеристики стартерных
аккумуляторных батарей
Рассчитать и построить временные характеристики
аккумуляторной батареи при токе разряда I = 3C20.
.1. Рассчитать внутреннее сопротивление АКБ.
.2. Определить напряжения начала разряда.
.3. Рассчитать и построить зависимость времени
разряда АКБ от температуры.
.4. Рассчитать и построить временные
характеристики батареи при различных температурах.
Исходные данные :
Таблица 1.1
|
№
варианта
|
Тип
аккумуляторной батареи
|
Степень
разреженности электролита, %
|
Температура
электролита батареи, ̊С
|
Плотность
электролита  , кг/м3
|
|
|
|
|
+25
|
0
|
-35
|
|
16
|
6СТ-90ЭМС
|
25
|
+25
|
0
|
-35
|
1270
|
1280
|
1300
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.2
|
Тип
АКБ
|
Число
пластин
|
S,
м2 10-4
|
hЭ,
м 10-2
|
lЭ,
м 10-2
|
δ+, м 10-2
|
δ-, м 10-2
|
δС, м 10-2
|
δТ, м 10-2
|
δСТ,м 10-2
|
Kм,
|
|
6СТ-90ЭМС
|
6/7
|
191
|
13,35
|
14,3
|
0,230
|
0,19
|
0,15
|
0,075
|
0,04
|
3,0
|
За напряжение начала разряда принято напряжение
на 10-ой секунде после включения батареи на разряд, которое определяется по
формуле:
где 
-
ЭДС батареи, В; 
- ЭДС поляризации,
В; 
-
ток разряда батареи, А; 
- сопротивление
АКБ при разряде, Ом.
Рис. 1. Временная характеристика АКБ.
С достаточной точностью можно определить ЭДС
батареи по следующей формуле:
где 
-
число последовательно соединенных аккумуляторов в АКБ; 
-
плотность электролита при 15оС, кг/м3; 
-
степень разреженности батареи.
При температуре +25оС:
При температуре 0оС:
При температуре -35оС:
Определим ток разряда по формуле:
Вычисляем удельное сопротивление электролита с
достаточной точностью по формуле:
где 
-
температура электролита.
При температуре +25оС:
При температуре 0оС:
При температуре -35оС:
ЭДС поляризации зависит от тока разряда и
температуры электролита и определяется по формуле:
где 
-
число пластин в аккумуляторе; 
- прощадь одной
пластины, м2.
При температуре +25оС:
При температуре 0оС:
При температуре -35оС:
Сопротивление АКБ является суммой сопротивлений:
где 
-
сопротивление электролита; 
- сопротивление
сепараторов; 
- сопротивление
активной массы, решеток, полюсных мостов, выводных штерей и перемычек; объединунных
таким понятием как «сопротивление металлических частей».
Сопротивление электролита определяется по
формуле:
где 
-
толщина сеператора, м; 
- толщина тела
сепаратора, м; 
- толщина
стекловолокна, м.
При температуре +25оС:
При температуре 0оС:
При температуре -35оС:
Сопротивление сепараторов определяется по
формуле:
где 
-
коэффициент, зависящий от пористости, диаметра и конфигурации пор сепаратора.
Материал сепаратора - мипласт, 
.
При температуре +25оС:
При температуре 0оС:
При температуре -35оС:
Сопротивление металлических частей равно:
где 
-
коэффициент, зависящий от способа соединения аккумуляторов в батарею, в нашеи
случае 3,0; 
- высота и ширина
пластины, м; 
и 
-
толщина положительной и отрицательной пластины; 
и
-
число положительных и отрицательных пластин в аккумуляторе.
При температуре +25оС:
При температуре 0оС:
При температуре -35оС:
Сопротивление аккумуляторной батареи будет
равно:
При температуре +25оС:
При температуре 0оС:
При температуре -35оС:
За напряжение начала разряда принято напряжение
на 10-ой секунде после включения батареи на разряд, которое определится как.
При температуре +25оС:
При температуре 0оС:
При температуре -35оС:
Напряжение конца и начала разряда определяется в
основном температурой электролита и плотностью разрядного тока. Между ними
существует следующая связь:
При температуре +25оС:
При температуре 0оС:
При температуре -30оС:
Для построения временной характеристики
необходимо также знать время, в течение которого аккумуляторная батарея
разряжается до 
.
Продолжительность разряда с учетом влияния
температуры электролита определяется по формуле:
При температуре +25оС:
При температуре 0оС:
При температуре -35оС:
В общем виде зависимость уравнения от
продолжительности разряда описывается уравнением:
Рис. 2. Временные характеристики стартерных
батарей.
Задание 2. Расчет вольт - амперных характеристик
стартерных аккумуляторных батарей
Рассчитать и построить ВАХ аккумуляторной батареи.
.1. Рассчитать ВАХ полностью заряженной
аккумуляторной батареи для температуры +25оС.
.2. Рассчитать для этой же АКБ вольт - амперные
характеристики с учетом заданной степени разреженности и температуры
электролита.
.3. Определить по ВАХ напряжение АКБ при токе
3C20 и токе разряда батареи при напряжении 7,2 В.
Исходные данные:
Таблица 2.1
|
Тип
аккумуляторной батареи
|
Число
положительных пластин
|
Степень
разреженности батареи, %
|
Температура
электролита батареи, оС
|
|
6СТ-90
|
6
|
25
|
+25
|
0
|
-35
|
Значение 
и
коэффициента 
для полностью
заряженнных АКБ на первой попытке пуска:
Таблица 2.2
|
Тип
аккумуляторной батареи
|
Ток
замыкания  при 0 оС,
А
|
Коэффициент
|
|
|
от
-40 оС до 0 оС
|
от
0 оС до +40 оС
|
|
6СТ-90
|
222
|
4,0
|
1,7
|
Значение коэффициента 
в
зависимости от температуры электролита и степени разреженности батареи:
Таблица 2.3
|
 , %
|
Коэффициент
 при
температуре электролита, оС
|
|
-35
|
0
|
+25
|
|
25
|
0,35
|
0,56
|
0,86
|
Значение коэффициента 
при
токе разряда 35C20 равно 2,5, считая, что двигатель карбюраторный.
Значение коэффициента 
в
зависимости от температуры электролита при разреженности батареи.
Таблица 2.4
|
Температура
электролита, оС
|
-35
|
0
|
|
коэффициент
 , А/с
|
0,3
|
1,2
|
Число 10-секундных попыток запуска принимаем
равным 
.
Продолжительность попытки пуска 
.
Рис. 5. ВАХ аккумуляторной батареи.
Значение условного начального разрядного
напряжения может быть найдено по формуле:
При температуре +25оС:
При температуре 0оС:
При температуре -35оС:
Определяем условный ток короткого замыкания,
приходящийся на один положительный электрод (пластину):
При температуре +25оС:
При температуре 0оС:
При температуре -35оС:
Условный ток короткого замыкания батареи:
При температуре +25оС:
При температуре 0оС:
При температуре -35оС:
Определим внутреннее сопротивление батареи:
При температуре +25оС:
При температуре 0оС:
При температуре -35оС
Определим максимальную полезную мощность:
При температуре +25оС:
При температуре 0оС:
При температуре -35оС:
Рис. 3. ВАХ аккумуляторной батареи.
Напряжение АКБ при токе 3C20 и токе разряда
батареи при напряжении 7,2В.
Таблица 2.5
|
Температура
|
-35оС
|
0оС
|
+25оС
|
|
При
|
9,11В
|
10,099 В
|
10,269
В
|
|
При
|
391,5
А
|
1024
А
|
1236
А
|
Задание 3.
Электромеханические
характеристики стартера
Пересчитать электромеханические характеристики
стартера на новую ВАХ аккумуляторной батареи. Исходные данные в таблице 4.1 -
4.6.
.1. Построить ВАХ U(I) и U`(I). Соединить точку
UCТ с началом координат прямой UТ. Найти ток I`СТ.
.2. Построить зависимости n(I) и M(I).
.3. Участок оси тока от IСХ до I`СТ разбить на
интервалы, для каждого значения тока определить значение противо - ЭДС стартера
E и E`. Полученные данные занести в таблицу.
.4. Рассчитать частоту вращения вала стартера
для новой ВАХ.
.5. Рассчитать мощность стартера для двух ВАХ.
.6. Результаты расчета занести в таблицу и
построить на графике кривые n`(I), P(I) и P`(I).
.7. Найти значение максимальной мощности
стартера для двух ВАХ и рассчитать для этих режимов следующие соотношения:
P`max/PCH; M`max/MCH; n`max/nCH; I`max/ICH; U`max/UCX, а также UCH/UH;
U`max/UH. Данные расчета занести в таблицу и дать заключение о результатах проведенных
расчетов.
.8. На графике нанести оси координат для оценки
полученных результатов в системе.
Исходные данные:
таблица 4.1
|
Тип
стартера
|
Тип
АКБ
|
Исходные
данные по ВАХ
|
|
|
номинальной
|
новой*
|
|
|
UHP
|
UCT
|
ICT
|
τ`Б
|
U`HP
|
U`CT
|
|
СТ-221
|
6СТ-90
|
12,35
|
8,3
|
520
|
-20
|
11,96
|
5,8
|
Характеристика n(I) и M(I) стартера СТ-221
Таблица 4.2
|
I,
А
|
25
|
100
|
150
|
200
|
250
|
300
|
350
|
400
|
450
|
520
|
|
n
|
6500
|
3360
|
2450
|
1750
|
1300
|
900
|
640
|
400
|
200
|
0
|
|
M
|
0
|
1,9
|
4
|
6,7
|
9,4
|
12,5
|
15,8
|
19
|
22,2
|
25,6
|
Строим ВАХ U(I) и U`(I). Соединяем точку UCТ с
началом координат прямой UТ. Получаем ток I`СТ. = 340 А.
Строим зависимости n(I) и M(I).
Участок оси тока от IСХ до I`СТ. разбиваем на
интервалы, для каждого значения тока определяем значение противо - ЭДС стартера
E и E`. Полученные данные заносим в таблицу 4.3.
Таблица 4.3
|
I,
А
|
50
|
108
|
137
|
166
|
195
|
224
|
253
|
282
|
311
|
340
|
|
E
|
11,1
|
10,4
|
9,6
|
8,8
|
8,2
|
7,6
|
6,9
|
6,1
|
5,2
|
4,7
|
4
|
|
E`
|
10,1
|
9,4
|
8,1
|
7
|
6,2
|
5,2
|
4
|
3,2
|
2,1
|
1,3
|
0
|
Рассчитываем частоту вращения вала для новой ВАХ
по формуле:
Полученные значения занесем в таблицу 4.4.
Таблица 4.4
|
I,
А
|
50
|
79
|
108
|
137
|
166
|
195
|
224
|
253
|
282
|
311
|
340
|
|
n'
|
5914
|
3254
|
2784
|
2108
|
1701
|
1232
|
841
|
687
|
404
|
246
|
0
|
Рассчитываем мощность стартера для двух ВАХ, по
формуле:
Полученные значения занесем в таблицу 4.5.
Таблица 4.5
|
I,
А
|
50
|
79
|
108
|
137
|
166
|
195
|
224
|
253
|
282
|
311
|
340
|
|
P
|
11,1
|
10,4
|
9,6
|
8,8
|
8,2
|
7,6
|
6,9
|
6,1
|
5,2
|
4,7
|
4
|
|
P`
|
10,1
|
9,4
|
8,1
|
7
|
6,2
|
5,2
|
4
|
3,2
|
2,1
|
1,3
|
0
|
Строим кривые n`, Р и Р`.
По графику находим значение максимальной
мощности стартера для двух ВАХ: PCH=1,28 кВт, P`max=0,9 кВт.
Рис. 4. Характеристика стартера на новой ВАХ.
Задание 5. Характеристики контактной системы
зажигания
аккумуляторная батарея стартер
зажигание
Исследовать выходные характеристики контактной
системы зажигания.
.1. Рассчитать и построить зависимость тока
разрыва контактов от частоты вращения вала двигателя.
.2. Рассчитать и построить зависимость
максимального вторичного напряжения от частоты вращения вала двигателя и числа
искр.
.3. На графике U2(n) в том же масштабе построить
зависимость пробивного напряжения свечи от частоты вращения вала двигателя.
.4. Рассчитать и построить зависимость
коэффициента запаса по вторичному напряжению от частоты вращения вала
двигателя. Найти предельную частоту вращения вала, когда коэффициент запаса
равен 1,5.
Исходные данные:
Таблица 5.1
|
№
п/п
|
Z
|
UБ,
В
|
τз
|
R1,
Ом
|
L1,
Гн 10-3
|
C1,
Ф 10-6
|
C/2,
Ф 10-12
|
W2/W1
|
C//2,
Ф 10-12
|
η
|
|
16
|
4
|
12
|
0,65
|
3,25
|
9,5
|
0,25
|
41
|
68,5
|
40
|
0,85
|
Таблица 5.2
|
Nдв,
об/мин
|
200
|
1000
|
1500
|
2000
|
2500
|
3000
|
3500
|
4000
|
4500
|
5000
|
5500
|
|
UП,
кВ
|
15
|
14
|
13,5
|
12
|
11
|
9,5
|
8
|
7,5
|
7
|
6,7
|
6,5
|
Для каждого числа оборотов двигателя определяем
ток разрыва по формуле:
где 
-
напряжение батареи; 
- суммарное
активное сопротивление первичной цепи; 
-
относительное время замкнутого состояния контактов прерывателя; 
-
частота вращения коленчатого вала двигателя; Z - число цилиндров двигателя.
Внесем полученные данные в таблицу 5.3 и
построим по этим данным график.
Определяем емкость вторичной сети С2:
Величина максимального вторичного напряжения
определяется по формуле:
Наличие в свече шунтирующего сопротивления,
равного 3Мом, снижает максимальное вторичное напряжение примерно на 4кВ, т. е:
Рассчитываем значения 
и
для
каждого значения числа оборотов двигателя, заносим полученные значения в
таблицу 15.
Определяем коэффициент запаса по вторичному
напряжению:
В режиме пусковых оборотов коэффициент запаса
равен:
В рабочем режиме коэффициент запаса равен:
Занесем расчеты по данным формулам в таблицу 5.3
и построим кривые коэффициентов запаса.
Таблица 5.3
|
Nдв,
об/мин
|
IP,
А
|
U2M,
кВ
|
U2MЭ,
кВ
|
КЗ
|
КЗП
пусковых оборотов
|
КЗП
рабочего режима
|
|
200
|
3,69
|
29,18
|
25,18
|
1,68
|
1,61
|
1,28
|
|
1000
|
3,69
|
29,14
|
25,14
|
1,80
|
1,72
|
1,37
|
|
1500
|
3,65
|
28,84
|
24,84
|
1,84
|
1,77
|
1,40
|
|
2000
|
3,56
|
28,14
|
24,14
|
2,01
|
1,93
|
1,53
|
|
2500
|
3,44
|
27,16
|
23,16
|
2,11
|
2,01
|
1,59
|
|
3000
|
3,29
|
26,02
|
22,02
|
2,32
|
2,21
|
1,75
|
|
3500
|
3,14
|
24,84
|
20,84
|
2,61
|
2,48
|
1,96
|
|
4000
|
3,00
|
23,68
|
19,68
|
2,62
|
2,49
|
1,97
|
|
4500
|
2,85
|
22,55
|
18,55
|
2,65
|
2,51
|
1,98
|
|
5000
|
2,72
|
21,50
|
17,50
|
2,61
|
2,46
|
1,94
|
|
5500
|
2,59
|
20,50
|
16,50
|
2,54
|
2,39
|
1,88
|
Рис. 6. Зависимость тока разрыва контактов от
частоты вращения вала двигателя.
Рис. 7. Зависимость коэффициента запаса по
вторичному напряжению от частоты вращения вала двигателя.
Рис. 8 зависимость пробивного напряжения свечи
от частоты вращения вала двигателя
Рис. 9 зависимость коэффициента запаса по
вторичному напряжению от частоты вращения вала двигателя
Список использованной литературы
.
В. И. Петров. Электроника и электрооборудование транспортных и
транспортно-технологических машин. Методические указания по выполнению
контрольно-курсовой работы для студентов направления 190600 «Эксплуатация
наземного транспорта и транспортного оборудования». - Тула. 2009. - 36 с.: ил.