Электрооборудование автотранспортных средств

Электрооборудование автотранспортных средств

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение образования

«Гродненский государственный университет имени Янки Купалы»

Кафедра

«Машиноведения и техническая эксплуатация автомобиля»

Контрольная работа

«Электрооборудование автотранспортных средств»

Выполнил:

Звонарев Владимир Анатольевич.

Специальность ТЭА

Курс 4 (четвертый)

Группа 1 (первая)

Форма обучения заочная сокращенная

Гродно, 2012

Содержание

Введение

1. Теоретическая часть

1.1.Классификация генераторов, основные требования к ним и сравнительные характеристики

1.2.Назначение и устройство автомобильной системы информации

2. Практическая часть

2.1. Исходные данные

.2. Расчетная схема цепи аккумуляторная батарея-стартер

.3. Расчет токов стартера

.4. Расчет постоянных коэффициентов

.5. Определение значений скорости стартера при разных значениях тока

.5.1. Расчет скорости стартера от пускового до номинального значения токов

.5.2. Расчет скорости стартера от номинального до холостого значения токов

2.6.Построение скоростной характеристики стартера

2.7.Выбор номинальной ёмкости аккумуляторной батареи

Заключение

Список используемых информационных источников

Введение

Целью контрольной работы является закрепление теоретических знаний по дисциплине «электрооборудование автотранспортных средств», а также приобретение практических навыков расчетов и оформления полученных результатов.

Контрольная работа включает два теоретических вопроса и одну практическую задачу и оформляется в виде расчетно-пояснительной записки.

В теоретической части рассмотрим вопрос о классификации генераторов, выявим основные требования к ним и проведем анализ сравнительных характеристик. Это что касается первого вопроса теоретической части. Во втором вопросе рассмотрим назначение и устройство автомобильной системы информации.

Аккумуляторной батарее, которая являясь источником питания для запуска двигателя внутреннего сгорания, необходим расчет и выбор номинальной емкости. Для чего в практической части, на основании исходных данных полученных из методических указаний к контрольной работе (вариант №8, согласно списка первой группы), значения которых приведены ниже, произведем расчет и выбор номинальной емкости аккумуляторной батареи для стартерного пуска двигателя внутреннего сгорания стартером типа 422.3708000.

Выбор номинальной емкости батареи произведем по вольтамперным характеристикам, которые представлены семейством внешних характеристик батареи в методических указаниях к контрольной работе по дисциплине «электрооборудование автотранспортных средств» для студентов заочной формы обучения специальности 1-370106 «Техническая эксплуатация автомобилей».

1. Теоретическая часть

.1 Классификация генераторов, основные требования к ним и сравнительные характеристики

Электрооборудование любого автомобиля включает в себя генератор - основной источник электроэнергии. Вместе с регулятором напряжения он называется генераторной установкой.

Генераторы классифицируются по напряжению, роду тока, возбуждению, наличию щеток, степени защиты от внешних воздействий, способу подавления радиопомех.

Номинальные напряжения генераторов и генераторных установок должны быть следующими: 7, 14 и 28 В. Имеются генераторные установки с двумя уровнями напряжений, предназначенные для питания различных приемников. Независимо от уровня напряжения генераторы могут быть постоянного и переменного тока. На современные автомобили устанавливаются генераторы переменноготока.

К генераторам постоянного тока относятся такие, у которых переменный ток преобразуется в постоянный щеточно-коллекторным узлом. Все остальные генераторы условно относятся к генераторам переменного тока, в том числе и генераторы, у которых вырабатываемый ими ток полностью выпрямляется встроенным в корпус генератора устройством.

Возбуждение генераторов может осуществляться от электромагнитов и постоянных магнитов.

Генераторы с постоянными магнитами обладают целым рядом преимуществ по сравнению с генераторами, имеющими электромагнитное возбуждение.

Основные из них: более высокая надежность в работе и простота конструкции. Однако наряду с указанными преимуществами генераторы переменного тока с возбуждением от постоянных магнитов имеют и недостатки, которые ограничивают их широкое распространение - это трудности регулирования напряжения и низкий предел мощности.

Генераторы с электромагнитным возбуждением классифицируются в зависимости от схемы включения обмотки возбуждения. Если, обмотка возбуждения включена последовательно с якорем, генератор называется генератором с последовательным возбуждением, а если параллельно - с параллельным возбуждением. Генераторы со смешанным возбуждением имеют параллельную и последовательную обмотки.

Если обмотка возбуждения питается от постороннего источника постоянного тока, такой генератор называется генератором с независимым возбуждением. Если же обмотка возбуждения питается от зажимов якоря, такой генератор называется генератором с самовозбуждением.

Генераторы могут быть со щетками и без щеток. Щетки применяются для обеспечения электрического контакта между подвижными и неподвижными деталями. Поскольку в этом узле имеет место трение скольжения, щетки истираются, имеют ограниченный ресурс и низкую надежность. Поэтому разработаны конструкции бесщеточных генераторов, лишенных вышеуказанных недостатков.

Степени защиты электротехнических изделий регламентируются ГОСТ 14254-80. Этим стандартом предусматривается шесть степеней защиты от случайного соприкосновения человека с токоведущими и движущимися частями, а также от проникновения посторонних твердых тел внутрь корпуса. Кроме того, предусматривается восемь степеней защиты от проникновения воды внутрь корпуса.

В условном обозначении защиты предпоследняя цифра указывает степень защиты от проникновения твердых тел, а последняя цифра - степень защиты от проникновения воды.

Основные требования к автомобильным генераторам:

1.      Генератор должен обеспечивать бесперебойную подачу тока и обладать достаточной мощностью, чтобы:

- одновременно снабжать электроэнергией работающих потребителей и заряжать АКБ;

при включении всех штатных потребителей электроэнергии на малых оборотах двигателя не происходил сильный разряд аккумуляторной батареи;

напряжение в бортовой сети находилось в заданных пределах во всем диапазоне электрических нагрузок и частот вращения ротора.

2. Генератор должен иметь достаточную прочность, большой ресурс, небольшие массу и габариты, невысокий уровень шума и радиопомех.

Основной характеристикой генераторной установки является ее токоскоростная характеристика (ТСХ), т. е. зависимость тока, отдаваемого генератором в сеть, от частоты вращения его ротора при постоянной величине напряжения на силовых выводах генератора.

На рис. 1 представлена токоскоростная характеристика генератора.

 - начальная частота вращения ротора без нагрузки;хд - ток отдачи генератора при частоте вращения, соответствующей минимальным оборотам холостого хода двигателя; - максимальный (номинальный) ток отдачи при частоте вращения ротора 5000 мин"'.

Рис.1.Токоскоростная характеристика генераторных установок.

Характеристика эта определяется при работе генераторной установки в комплекте с полностью заряженной аккумуляторной батареей с номинальной емкостью выраженной в А/ч, составляющей не менее 50% номинальной силы тока генератора. Характеристика может определяться в холодном и нагретом состояниях генератора. При этом под холодным состоянием понимается такое, при котором температура всех частей и узлов генератора равна температуре окружающей среды.

Для генераторных установок можно определить токоскоростную характеристику по известной номинальной величине силы тока IR и характеристике по рис.2, где величины силы тока генератора даны по отношению к ее номинальной величине.

Кроме токоскоростной характеристики генераторную установку характеризует еще и частота самовозбуждения. При работе генератора генераторная установка должна самовозбуждаться при частоте вращения двигателя меньшей, чем частота вращения его холостого хода.

Другой характеристикой, по которой можно представить энергетические способности генератора, т. е. определить величину мощности, забираемой генератором от двигателя, является величина его коэффициента полезного действия (КПД), определяемого в режимах соответствующих точкам токоскоростной характеристики (рис.2), величина КПД по рис.2 приведена для ориентировки, т.к. она зависит от конструкции генератора - толщины пластин, из которых набран статор, диаметра контактных колец, подшипников, сопротивления обмоток и т. п., но, главным образом, от мощности генератора. Чем генератор мощнее, тем его КПД выше.

Рис.2 Выходные характеристики автомобильных генераторов

Наконец, генераторную установку характеризует диапазон ее выходного напряжения, при изменении в определенных пределах частоты вращения, силы тока нагрузки и температуры. Обычно в проспектах фирм указывается напряжение между силовым выводом "+" и "массой" генераторной установки в контрольной точке или напряжение настройки регулятора при холодном состоянии генераторной установки частоте вращения 6000 мин-1, нагрузке силой тока 5 А и работе в комплекте с аккумуляторной батареей, а также термокомпенсация - изменение регулируемого напряжения в зависимости от температуры окружающей среды. Термокомпенсация указывается в виде коэффициента, характеризующего изменение напряжения при изменении температуры окружающей среды на ~1°С. Как было показано выше, с ростом температуры напряжение генераторной установки уменьшается. Для легковых автомобилей некоторые фирмы предлагают генераторные установки со следующим напряжением настройки регулятора и термокомпенсацией:

Напряжениенастройки,В.................................14,1±0,1…14,5+0,1

Термокомпенсация, мВ/°С ............................... -7+1,5 -10±2

1.2 Назначение и устройство автомобильной системы информации

Электрооборудование автомобилей представляет собой сложный комплекс взаимосвязанных электрических и электронных устройств. К автотракторному электрооборудованию относят следующие системы и устройства:

электроснабжения;

электростартерного пуска двигателя;

зажигания;

освещения, световой и звуковой сигнализации;

информации и контроля технического состояния автомобиля;

электропривода;

подавления радиопомех;

электронного управления системами и агрегатами автомобиля и трактора.

Система информации и контроля технического состояния автомобиля включает в себя датчики и указатели давления, температуры, уровня топлива в баке, спидометр, тахометр, сигнальные (контрольные) лампы и т.д. На автомобиле может быть установлена бортовая система контроля с компьютером. генератор автомобильный стартер батарея

Используется разнообразная коммутационная и защитная аппаратура:

выключатели;

переключатели;

реле различного назначения;

контакторы;

предохранители и блоки предохранителей;

соединительные панели и разъемные соединения.

Расширяется применение электронных систем впрыскивания топлива, антиблокировочных, противобуксовочных и навигационных систем, систем предотвращения столкновений.

Постоянное повышение уровня безопасности является первоочередной целью при разработке новых автомобилей. Важный вклад в обеспечение безопасности вносят новые вспомогательные информационные системы для водителя, которые уже входят в комплектацию серийного автомобиля. По желанию автомобиль можно дооборудовать многими другими вспомогательными системами, такими как система поддержания курсовой устойчивости, антиблокировочная система тормозов, ассистент экстренного торможения, система автоматического регулирования дистанции, ассистент смены полосы движения, ультразвуковой парковочный ассистент, камера заднего вида, оптический парковочный ассистент.

Увеличившееся число вспомогательных информационных систем в свою очередь вынудило искать новые пути передачи данных между отдельными блоками управления, обеспечивающими функционирование вышеуказанных систем. Первым важным шагом на этом пути стало внедрение шины данных CAN у автомобилей Audi в середине 90-х годов. Однако использование этой шины, с её скоростью передачи данных, достигло предела, особенно в информационных системах. Поэтому ставка в этой ситуации была сделана на развитие систем передачи данных на основе ВОЛС, “bluetooth” и т.д., отвечающих соответствующим требованиям. Сервис и диагностика также выигрывают от усовершенствования систем передачи данных.

Применяемая на автомобилях система CAN позволяет объединить в локальную сеть электронные блоки управления или сложные датчики.

Обозначение CAN является аббревиатурой от английского словосочетания Controller Area Network (локальная сеть, связывающая блоки управления). Применение системы CAN на автомобиле дает следующие преимущества:

обмен данными между блоками управления производится на унифицированной базе.

Эту базу называют протоколом. Шина CAN служит как бы магистралью для передачи данных.

независимо действующие системы, например, система поддержания курсовой устойчивости, могут быть реализованы с меньшими затратами;

упрощается подключение дополнительного оборудования;

шина данных CAN является открытой системой, к которой могут быть подключены как медные провода, так и стекловолоконные проводник;.

можно проводить одновременную диагностику нескольких блоков управления, входящих в систему;

Шина CAN является обособленной системой электронного оборудования автомобиля. Она служит для обмена данными между подключенными к ней блоками управления.

Большое количество блоков управления и выполняемые ими смежные функции, “завязанные” в прежнюю структуру бортовой электроники, а также растущий обмен данными потребовали дальнейшего развития технологий передачи данных.

К уже известной шине CAN добавятся:

шина LIN (однопроводная шина);

шина MOST (оптоволоконная шина);

беспроводная шина Bluetooth™.- это сокращение от Local Interconnect Network (локальная коммутируемая сеть). Local Interconnect означает, что все блоки управления находятся в пределах одного ограниченного модуля (напр., крыши). Она может обозначаться ещё и как "локальная подсистема".

Шина MOST от “Media Oriented Systems Transport (MOST) Cooperation”. Различные автопроизводители, их поставщики комплектующих изделий и разработчики программного обеспечения пришли к соглашению использовать единую систему для реализации ускоренной передачи данных.

Понятие «Media Oriented Systems Transport» распространяется на сеть, ориентированную на передачу данных информационно-развлекательных средств. Это означает, что в противоположность к шине CAN телеграммы с конкретными адресами передаются определенному получателю.

Эта техника используется в автомобилях Audi для передачи данных в информационно-развлекательной системе Infotainment.

Система Bluetooth™ в автомобиле позволяет связывать мобильные устройства разных производителей по единой стандартизированной радиосвязи.

Доступными для автовладельцев являются следующие возможности применения:

установка второго комплекта гарнитуры для телефона за передними сиденьями;

подключение ноутбука, смартфона или микрокомпьютера автовладельца к Интернету для передачи информации и развлечения;

получение и отправка электронной почты с ноутбука или микрокомпьютера автовладельца;

передача адресов и телефонных номеров с ноутбука или микрокомпьютера владельца на мультимедийный интерфейс (MMI) системы;

телефонная гарнитура без дополнительных проводных адаптеров;

применение технологии Bluetooth™ в других системах автомобиля (например: дистанционное радиоуправление стояночным отопителем).

В выбранных мобильных устройствах встраиваются коротковолновые трансиверы (передатчики и приемники) непосредственно или через адаптер (напр., РС-карта, USB и т.п.).

Радиосвязь устанавливается в частотном диапазоне 2,45 Ггц, который не является залицензированным, а потому он бесплатный. Волны этой частоты с очень короткой длиной позволяют интегрировать в модуль Bluetooth™ :

антенну;

управление и кодирование;

полную технику отправки и получения.

Маленькие размеры модуля Bluetooth™ позволяют устанавливать его в электронные маленькие приборы.

Скорость передачи данных составляет до 1 Мбит/сек.

Дальность действия отправителя Bluetooth™ составляет до 10 м, при подключении дополнительного усилителя дальность действия может быть увеличена до 100 м.

2.   Практическая часть

Расчет и выбор номинальной емкости для стартерного пуска двигателя внутреннего сгорания стартером типа 422.3708000 при определенном значении температуры окружающей среды.

.1      Исходные данные

Таблица №1 Исходные данные к решению задачи

.2   Расчетная схема цепи аккумуляторная батарея-стартер

Е - ЭДС батареи, Rвн - внутреннее сопротивление батареи, Uаб- напряжение АКБ, Uп - напяжение пуска, К - ключ, I - нагрузочный ток, ОВ - обмотка возбуждения(последовательная), М - стартер.

Рисунок №3 Расчетная схема цепи аккумуляторная батарея-стартер

В качестве стартера применяется двигатель постоянного тока последовательного возбуждения, расчетная схема которого приведена на рисунке№3.

2.3 Расчет токов стартера

Номинальный ток стартера, ток холостого хода и пусковой ток определяем по формулам, приведенным в справочной литературе [1]

, А

2.4 Расчет постоянных коэффициентов

Для определения постоянных коэффициентов С1, С2 и С3, С4 необходимо решить уравнения (1) и (2), задаваясь величинами тока, скорости вращения стартера в пусковом и номинальном режимах и величинами тока, скорости вращения в номинальном режиме и режиме холостого хода, соответственно:

для участка, соответствующего изменению тока от пускового до номинального,

 (1)

для участка, соответствующего изменению тока от номинального до холостого,

 (2)

Подставим в уравнение (1) соответствующие значения величин скорости и тока:

Получили систему уравнений с двумя неизвестными. Вычтем из нижней части системы верхнюю, получим уравнение с одним неизвестным:

Найдем С1: ;

Теперь можно найти С2:

;

Подставим в уравнение (2) соответствующие значения величин скорости и тока, получим

Получили систему уравнений с двумя неизвестными. Вычтем из нижней части системы верхнюю, получим уравнение с одним неизвестным:

Найдем С3: ;

Теперь можно найти С4:

.

2.5    Определение значений скорости стартера при разных значениях тока

.5.1 Расчет скорости стартера от пускового до номинального значения токов

Выберем несколько текущих значений тока и определим значение скорости стартера: для I=700, А

для I=600, А

для I=500, А

Полученные значения скорости занесем в таблицу №2.

Таблица №2 Скорость стартера от пускового до номинального значения токов

.5.2 Расчет скорости стартера от номинального до холостого значения токов

Выберем несколько текущих значений тока и определим значение скорости стартера:

для I=350, А

для I=250, А

для I=150, А

Полученные значения скорости занесем в таблицу №3.

Таблица №3 Скорость стартера от номинального до холостого значения токов

.6      Построение скоростной характеристики стартера

На основе данных таблицы №2 и №3 строим скоростную характеристику стартера ( рис №4).

Примем масштабы:

для тока МI=66.6 А/см;

для скорости Мn=500 об/мин см.

Рис №4 Скоростная характеристика стартера

2.7    Выбор номинальной ёмкости аккумуляторной батареи

Выбор номинальной ёмкости аккумуляторной батареи произведем по вольт-амперным характеристикам, поступим следующим образом:

от пускового значения напряжения (Uп=8,В) ведем прямую линию;

из точки пересечения с заданной температурой (t = 30, С) окружающей среды опускаем перпендикуляр до номинального значения тока (Iн=426.57А);

полученную емкость сравниваем со справочными значениями [2] и выбираем ближайшую.

Выбираем АКБ емкостью в 55, Ач.

Заключение

В теоретической части контрольной работы рассмотрели вопрос о классификации генераторов, выявили основные требования к ним и провели анализ сравнительных характеристик. Во втором вопросе рассмотрели назначение и устройство автомобильной системы информации. Постоянное повышение уровня безопасности является первоочередной целью при разработке новых автомобилей. Важный вклад в обеспечение безопасности вносят новые вспомогательные информационные системы для водителя, которые уже входят в комплектацию серийного автомобиля.

Провели обзор инновационных технологий обмена данными в автомобиле,

Можно сказать о взаимосвязи двух теоретических вопросов, т.е. увеличение количества вспомогательных информационных систем приведет к повышению требований к генераторным установкам.

Для аккумуляторной батареи произвели расчет и выбор номинальной емкости. Для чего в практической части, на основании исходных данных, произвели: расчет токов стартера; расчет постоянных коэффициентов; определение значений скорости стартера при разных значениях тока; построение скоростной характеристики стартера.

Выбор номинальной емкости батареи произвели по вольтамперным характеристикам. Выбрали АКБ емкостью в 55, Ач.

Список используемых информационных источников

1.   Баровских Ю. Н. Электрооборудование автомобилей: справочник инженера-механика. М.: Издательство «Транспорт», 1971.

.Электрооборудование автомобилей. Справочник.Авторы: Ю.П.Чижков, А.В.Акимов, О.А.Акимов, В.И.Веневцев, В.И.Коротков, В.А.Набоких Издательство: Транспорт, 1993

. Ауди АГ. Автомобиль Ауди А4 модели 2005 года: Пособие по программе самообразования. / Ауди АГ. - Ингольштадт.: Ауди АГ, 2004. - 32 с.

. Фольксваген АГ. Автомобиль Passat модельного года 2006: Пособие по программе самообразования. / Фольксваген АГ. - Вольфсбург.: Фольксваген АГ, 2005. - 78 с.