АВТОТРАКТОРНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ И ЭЛЕКТРОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Рождение автомобиля связывают с именами Г. Даймлера и К. Бенца. К. Бенц построил свой трехколесный автомобиль в 1886 г., Г. Даймлер – четырехколесный на год позже.

Из электроприборов автомобиль К. Бенца имел только электрозажигание. Один из первых русских автомобилей Е.А. Яковлева и П.А. Фрезе, появившийся на всероссийской выставке 1896 г., также имел электрозажигание от сухих гальванических элементов.

Производство отечественного автотракторного электрооборудования было впервые освоено на Московском электрозаводе, из которого выделился завод автотракторного электрооборудования (АТЭ) в начале 1930 г.

Теоретические основы отечественного электрооборудования автомобилей и тракторов [8.24–8.29] создались трудами B.C. Кулебакина (1891–1970 гг.), Б.П. Апарова (1899–1953 гг.), А.Н. Ларионова (1890–1963 гг.), Ю.М. Галкина (1903–1984 гг.).

8.3.1. СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ

Низковольтная магнитоэлектрическая машина, названная впоследствии «магнето низкого напряжения», была впервые применена для зажигания двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в 1875 г. От магнето осуществлялось зажигание на отрыв – внутри цилиндра ДВС помещались два электрода, которые механическим путем раздвигались. В дальнейшем система была дополнена индукционной катушкой зажигания (бобиной), получавшей питание от магнето низкого напряжения, и зажигание стало осуществляться электрической искрой высокого напряжения. В первоначальных конструкциях магнето обмотка якоря совершала качательное движение в поле постоянного магнита, затем движение стало вращательным.

Распределение энергии зажигания по цилиндрам первоначально осуществлялось на стороне низкого напряжения. В частности, на первых моделях автомобиля «Форд» устанавливалось по числу цилиндров четыре катушки зажигания, четыре электромагнитных прерывателя и магнето низкого напряжения.

Однако после 1910 г. система с магнето низкого напряжения была вытеснена системой с магнето высокого напряжения. В то же время был осуществлен переход на распределение высокою напряжения по свечам.

Магнето высокого напряжения было изобретено в 1900 г. М. Будевиллем и усовершенствовано в 1901 г. Г. Хонольдом в фирме «Бош» (Германия).

Выпуск отечественных автомобильных магнето был освоен с использованием конструкции магнето фирмы «Сцентилла» (Чехословакия).

В своем окончательно сформированном виде магнето отечественных автомобилей представляло собой однофазную электрическую машину переменного тока с двух‑ или многополюсным ротором, несущим на себе постоянные магниты с полюсными наконечниками и вращающимся между выступами магнитопровода трансформатора высокого напряжения, ток в первичной обмотке которого коммутировался прерывательным механизмом. При разрыве тока во вторичной обмотке наводилось высокое напряжение (10–17 кВ), подводящееся через распределительный механизм к свечам. Регулировка момента искрообразования (опережения зажигания) производилась либо вручную, либо центробежным автоматом.

Совершенствование конструкции магнето шло в основном в направлении применения постоянных магнитов с большим запасом магнитной энергии.

Недостатком магнето является малое вторичное напряжение при низких частотах вращения и, в частности, при пуске. Поэтому батарейная система зажигания в 20–30‑х годах нашего века стала вытеснять магнето сначала в США, потом в Европе.

На легковых автомобилях «Форд‑А» и грузовых «Форд‑АА», выпуск которых был начат в 1927–1928 гг., уже было установлено батарейное зажигание.

Зажигание от магнето применялось на первых отечественных грузовых автомобилях завода АМО (ЗИЛ) «АМО‑Ф‑15», выпуск которых начался в 1924 г.

Магнето дожило до наших дней в виде магдино – совокупности электрического генератора и магнето, которое устанавливается на мопеды, мотоциклы легкого класса и применяется в комплекте с вынесенным трансформатором высокого напряжения и полупроводниковым коммутатором.

В батарейном зажигании электрический ток, получаемый от аккумуляторной батареи, превращается в высокое напряжение индукционной катушкой (катушкой зажигания – бобиной). Основными элементами этой системы являются выключатель зажигания, прерыватель‑распределитель и катушка зажигания. Число витков вторичной обмотки катушки зажигания в 50–250 раз больше, чем первичной. Поэтому при размыкании тока в первичной обмотке прерывателем исчезающий магнитный поток наводит во вторичной обмотке высокое напряжение, поступающее через бегущий контакт распределителя на свечи.

Первоначально регулировка момента зажигания осуществлялась вручную («Форд‑А», «Форд‑АА», Г A3‑А, ГАЗ‑АА и др.), затем появился центробежный регулятор опережения зажигания, изменяющий момент зажигания по скорости (Ml, ЗИС‑5, ЗИС‑101), а затем и вакуумный регулятор, осуществляющий регулировку по нагрузке (М20 «Победа», ГАЗ‑51, ЗИС‑150). В окончательном виде прерыватель‑распределитель современных автомобилей содержит оба этих регулятора.

Катушка зажигания классической батарейной системы зажигания имеет разомкнутый магнитопровод, т.е. обмотки располагаются на стержневом сердечнике, набранном из листов электротехнической стали.

С изобретением в 1948 г. транзистора, появилась возможность устранить существенный недостаток контактной батарейной системы зажигания – повышенный износ контактов прерывателя. Первоначально возникли контактно‑транзисторные системы («Дженерал моторс» – 1962 г., отечественные – 1966 г.), где ток в катушке зажигания коммутировался транзистором, базовая цепь которого управлялась контактами прерывателя. Применение контактно‑транзисторной системы позволило увеличить запас энергии в катушке, что благотворно сказалось на зажигании.

С появлением контактно‑транзисторного зажигания на автомобилях возникло новое изделие – электронный коммутатор, включающий в себя силовой коммутирующий транзистор, схему его управления и защиты.

Благодаря простоте и дешевизне контактно‑транзисторная система более четверти века обеспечивала нормальное зажигание восьмицилиндровых бензиновых двигателей грузовых автомобилей ЗИЛ и ГАЗ.

Однако развитие электроники позволило перейти на бесконтактные электронные системы зажигания (США – 1964 г., СССР – 1973 г.).

В таких системах механический контактный прерыватель заменен датчиком, управляющим электронным коммутатором, – магнитоэлектрическим («Искра») или датчиком Холль («Бош», зажигание ВАЗ‑2108).

Применение электронной системы зажигания с регулируемым временем накопления энергии, впервые установленной на автомобилях ВАЗ‑2108, позволило избежать снижения вторичного напряжения с ростом частоты вращения ДВС.

Развитие электронной промышленности привело к появлению после 1967 г. на автомобилях интегральных микросхем. В 1973 г. фирма «Дженерал электрик» использовала в системе зажигания интегральную схему на монокристалле кремния.

Электронные системы позволили увеличить энергию воспламенения на свечах, но их развитие обеспечило и решение глобальных задач, связанных с экономией топлива и снижением токсичности отработанных газов. При этом был осуществлен переход на электронное управление углом опережения зажигания.

Аналоговая система управления углом опережения зажигания была установлена на автомобиле «Крайслер» в 1975 г. Однако аналоговые системы не нашли широкого распространения. В 1976 г. фирма «Дженерал моторc» применила цифровую систему управления углом опережения зажигания МИСАР. Центральным узлом системы являлся микропроцессор. Микропроцессор по заданной программе управлял блоком высокого напряжения, содержащим электронный коммутатор, катушку зажигания и переключатель, выполняющий функции распределителя. На отечественных автомобилях микропроцессорные системы появились в конце 80‑х годов.

Электронные коммутаторы позволили повысить ток в первичной обмотке катушки зажигания и перейти на конструкцию с замкнутым магнитопроводом.

В рассмотренных выше системах накопления энергии, используемой затем для воспламенения смеси, осуществлялось в магнитном поле катушки зажигания. Однако в основном для двухтактных двигателей мопедов, мотоциклов легкого класса и т.п. нашли применение системы зажигания с накоплением энергии в конденсаторе. Конденсаторная система дополнительно содержит преобразователь напряжения бортовой сети в высокое для заряда конденсатора либо конденсатор заряжается от специальной обмотки генератора с повышенным напряжением. Коммутация в цепи конденсатор – первичная обмотка катушки зажигания осуществляется тиристором.

Первоначально искровые свечи зажигания имели разборную и неразборную конструкции, причем в отечественном производстве предпочтение было отдано разборной свече, у которой изолятор вместе с центральным электродом прижимался ниппелем, ввернутым в верхнюю часть корпуса свечи. Это позволяло заменять изолятор или очищать центральный электрод без извлечения корпуса свечи из головки блока цилиндров. Изолятор изготавливался из керамики или слюды, но слюда применялась только для гоночных двигателей.

До 1930 г. основным типом американских свечей были свечи с дюймовой резьбой в Европе – с метрической. В дальнейшем дюймовые свечи были вытеснены метрическими.

В настоящее время конструкция свечи стабилизировалась и применяется только в неразборном варианте. Свеча состоит из металлического корпуса, одного или нескольких боковых электродов, изолятора с центральным электродом и контактной головкой. Первоначально изоляторы автомобильных свечей изготавливались в основном из стеатита, сейчас из уралита, боркорунда, хилумина, синоксаля и т.п.

В настоящее время все большее распространение находят свечи с расширенным температурным диапазоном. Теплоотдача таких свечей увеличена за счет выполнения центрального электрода комбинированным.

Определенную специфику имеют провода, соединяющие распределительный механизм со свечами: подведение к свечам высокого напряжения (20–30 кВ) при малых значениях тока и излучении радиопомех. Обычно помехоподавление осуществляется резисторами, устанавливаемыми в свечах, распределителе или отдельно, а также экранированием всей системы. Однако помехоподавляющие свойства могут обеспечиваться и конструкцией самого провода. Провода такого типа бывают с распределенным активным сопротивлением (резистивный провод) и с распределенным активно‑индуктивно‑емкостным сопротивлением (реактивный провод).

Развитие электроники на современном этапе ведет к объединению систем управления зажиганием и топливоподачей двигателя, а также коробкой перемены передач и сцеплением.

8.3.2. СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Тип системы электроснабжения в значительной мере зависит от наличия на подвижном объекте аккумуляторной батареи, т.е. в конечном итоге от наличия электростартерного пуска.

Если электропуск отсутствует, то используется система электроснабжения потребителей переменным током. Такая система длительное время была характерна для тракторов и до настоящего времени сохраняется на мопедах и легких мотоциклах. В системе переменного тока генератор представляет собой синхронную электрическую машину с возбуждением от постоянных магнитов. Эти магниты могут располагаться на маховике двигателя (трактор «Фордзон», мотогенераторы), однако генератор может иметь и традиционную конструкцию с ротором в виде звездочки из постоянных магнитов или конструкцию с полюсными наконечниками, между которыми зажат магнит. Регулятор напряжения в такой системе отсутствует и поддержание стабильности напряжения достигается параметрическим способом. Попытки повысить эту стабильность введением противополярного регулирования центробежным автоматом (генератор ГТ1‑А) не увенчались успехом.

Система электропитания с генератором постоянного тока начала усиленно развиваться на автомобилях после 1912 г., когда она впервые была применена на автомобилях «Кадиллак».

Первоначально возникли две системы электроснабжения: генераторы с регулированием напряжения с помощью третьей щетки и генераторы с регулированием напряжения вибрационным регулятором напряжения. До 1920 г. преимущественное распространение получил трехщеточный генератор, особенно в США, Англии и Франции. Производители автомобилей Германии и Австрии ориентировались на вибрационный регулятор. В период с 1920 по 1930 г. трехщеточный генератор благодаря проникновению американских машин на европейский рынок практически вытеснил систему с вибрационным регулятором. Однако с 1930 г. начался обратный процесс, так как преимущества трехщеточного генератора (простота и дешевизна) не компенсировались его недостатками, которые начали сказываться при повышении количества и мощности электропотребителей. Дискретный принцип регулирования напряжения, заложенный в вибрационном регуляторе, дожил до наших дней.

Первые отечественные трехщеточные генераторы повторяли по конструкции генераторы «Авто Лайт» (США) и устанавливались на автомобилях ГАЗ‑А, ГАЗ‑АА, ЗИС‑5 (серия ГБФ). В 1937–1938 гг. заводом АТЭ была проведена модернизация генераторов легковых автомобилей с выпуском новых серий – ГМ (ГАЗ‑MI) и ГЛ (ЗИС‑101). На первые автомобили «Москвич», выпуск которых начался в 1947 г., устанавливался трехщеточный генератор Г28. Особенностью этих генераторов, как и всех генераторов выпускавшихся до середины 50‑х годов, было соединение с корпусом автомобиля положительного вывода. В 1957 г. стандартом предписывалось соединение с корпусом отрицательного вывода, и в

дальнейшем все генераторы выпускались только с таким соединением.

Генератор Г28 был последним трехщеточным генератором, выпущенным отечественной промышленностью, после него был осуществлен переход на систему с вибрационным регулятором напряжения (реле‑регулятором). Аналогичный переход был закончен в США в 1937–1938 гг.

На отечественные тракторы генераторы постоянного тока устанавливались только с реле‑регулятором. Сначала генераторы приобретались у фирмы «Бош» (трактор «Интернационал» – СТЗ‑30), затем было освоено собственное производство генераторов серий ГБТ, ГАУ с пристроенным реле‑регулятором.

Рост требуемой от генератора мощности, а также развитие электроники привели к коренным изменениям в конструкции генераторной установки.

Во‑первых, изменение коснулось номинального напряжения бортовой сети и соответственно генераторной установки. Из‑за чрезмерного возрастания тока номинальное напряжение бортовой сети 6 В, распространенное в США, Англии и СССР, начиная с 1945 г. уступает место системе номинальным напряжением 12 В. В настоящее время генераторные установки автомобилей выпускаются на номинальное напряжение 14 В, а дизелей – на 28 В.

Во‑вторых, развитие электроники позволило заменить генераторы постоянного тока вентильными генераторами и электронными регуляторами напряжения.

Вентильный автомобильный генератор представляет собой трехфазную синхронную электрическую машину с вращающейся системой возбуждения и неподвижным якорем (статором), обмотка которого питает потребителей через выпрямитель. В России генератор такого типа впервые появился на автобусе ЗИС‑155 в 1954 г., причем селеновый выпрямитель располагался вне генератора. В США генераторы аналогичного устройства устанавливались на армейских автомобилях во время второй мировой войны.

С 1960 г., когда на автомобилях «Крайслер» появились генераторы со встроенным выпрямителем на кремниевых диодах, применение вентильных генераторов начало расширяться, и в настоящее время на автомобили устанавливаются только генераторы такого типа. Производство отечественного генератора Г250 со встроенным кремниевым выпрямителем, заменившего на автомобилях генераторы постоянного тока, было освоено на Куйбышевском заводе автотракторного электрооборудования в 1967 г.

Современные генераторные установки имеют дополнительный выпрямитель обмотки возбуждения и дополнительное плечо силового выпрямителя, соединенное с нулевой точкой обмотки статора, позволяющее увеличить мощность генератора за счет мощности высших гармонических составляющих, содержащихся в фазном напряжении.

Принцип работы электронного регулятора напряжения аналогичен вибрационному. Переход от вибрационного к чисто электронному регулятору на отечественных автомобилях и тракторах осуществлялся через промежуточную конструкцию контактно‑транзисторного регулятора (РР362, 1967 г.), в котором управление транзистором осуществлялось вибрационным реле и был сохранен дополнительный резистор. Большинство зарубежных фирм миновало этот этап, а электронные регуляторы в основном развивались в сторону удешевления технологии их изготовления: сначала они выполнялись на навесных элементах, затем по гибридной технологии (впервые такой генератор использовала фирма «Дженерал моторc» в 1966 г., в России регуляторы такого типа Я112, Я120 широко распространены), и наконец вся схема выполнялась на монокристалле кремния. При выполнении регулятора на монокристалле или полевых транзисторах силовые диоды выпрямителя заменяются стабилитронами для защиты схемы от перенапряжений. В регуляторах стала применяться широкоимпульсная модуляция.

Со второй половины 90‑х годов на отечественных автомобилях стали устанавливаться генераторы компактной конструкции с двумя вентиляторами во внутренней полости. Последние оснащаются приводом на повышенное передаточное отношение и имеют высокие коэффициенты использования.

Для тяжелых условий эксплуатации предназначены бесщеточные генераторы. На автомобилях довольно широко применяются генераторы с клювообразным ротором, у которых одна полюсная половина несет на себе другую, приваренную к ней по клювам немагнитным материалом (фирма США «Делько Реми» и германская «Бош»).

В России на тракторах используются исключительно индукторные генераторы. Впервые индукторный генератор был применен в 1966 г. для двигателей воздушного охлаждения (генератор Г302), массовый генератор Г304 начал выпускаться с 1968 г. С 1985 г. тракторные генераторы переведены на смешанное магнитоэлектромагнитное возбуждение (генератор 46.3701).

На некоторых типах автомобилей находят применение двухуровневые системы напряжения (ЗИЛ‑4331, ЗИЛ‑133ГЛ, ЗИЛ‑5310). Второй уровень напряжения достигается трансформацией и выпрямлением переменного напряжения обмотки статора.

8.3.3. СИСТЕМЫ ПУСКА

В систему пуска традиционно включают аккумуляторную батарею, электростартер, аппаратуру управления пуском и устройства, облегчающие пуск ДВС.

Применение аккумуляторной батареи на автомобиле в широких масштабах началось после 1911 г. с введением электропуска. Аккумулятор заменил на автомобилях сухие гальванические элементы. На автомобилях устанавливается свинцовая аккумуляторная батарея.

Батарея без долива воды за весь срок службы впервые была установлена на автомобиле «Понтиак» в 1971 г. Необслуживаемая батарея 6СТ‑55АЗН отечественного производства устанавливается на автомобилях ВАЗ‑2108.

Можно отметить, что почти за 70 лет эксплуатации легковых автомобилей заметного роста емкости их аккумуляторных батарей не произошло.

Альтернативой кислотной батареи является щелочная. На заре развития автомобиля у нее было много сторонников, особенно во Франции, но высокое внутреннее сопротивление этой батареи в то время не позволило ее применить на автомобилях. Серийное производство таких батарей появилось только в последнее время.

Первый электростартерный пуск появился на автомобилях «Кадиллак» в 1912 г. Он осуществлялся от стартер‑генератора фирмы «Делько». В 1916 г. на автомобиле «Паккард» стартер и генератор были разделены, и в дальнейшем стартер сформировался в виде отдельной электрической машины, состоящей из электродвигателя постоянного тока последовательного или смешанного возбуждения, механизмов привода и управления. В последнее время электромагнитное возбуждение заменяется возбуждением от постоянных магнитов. В современных стартерах перемещение шестерни выполняется электромагнитным тяговым реле, расположенным на корпусе стартера или встроенным внутрь его. Отсоединение вала якоря после пуска от ДВС осуществляется роликовой муфтой свободного хода или храповым механизмом.

В последние годы стартеры традиционной конструкции замещаются стартерами со встроенным промежуточным редуктором (планетарным или классическим).

8.3.4. СИСТЕМЫ ОСВЕЩЕНИЯ И СВЕТОВОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

Впервые головной электрический свет на автомобиле появился в 1898 г.

Изобретение в 1913 г. газонаполненной электрической лампы со спиральной нитью, обладающей высокой габаритной яркостью, открыло дорогу применению фар с электрическим источником света. Но только с 1925 г. практически все автомобили стали выпускаться с электрическим освещением.

Головные фары автомобиля должны хорошо освещать дорогу на возможно большем расстоянии, но не ослеплять встречного водителя. Первая задача решена применением прожекторного способа образования светового луча – помещением нити накала лампы в фокус параболоидного отражателя. Решение второй задачи прошло множество этапов, пока в 1924 г. в Европе не была изобретена фара с двухнитевой лампой, существующая с некоторыми усовершенствованиями и поныне. Нить дальнего света лампы европейской фары помещена в фокус отражателя, а ближнего света выдвинута вперед и чуть выше световой оси. При переходе на ближний свет лучи падают только перед автомобилем. Под нитью расположен экран, не позволяющий лучам с нижней части отражателя попадать в глаза водителя встречного автомобиля. В США двухнитевая лампа появилась чуть позже, чем в Европе, в ней экран отсутствует, а нить ближнего света расположена выше и левее нити дальнего света. С 1939 г. в США лампа заменена лампой‑фарой.

До 1968 г. в. СССР применялась американская система фар, позднее – европейская.

С начала 60‑х годов в Европе сначала в дополнительных фарах (противотуманных, прожекторах) появились галогенные однонитевые лампы HI, H3. Фирма «Сев‑Маршал» (Франция) утверждает, что она первая применила фары с галогенной лампой на автомобильных гонках 1962 г. С середины 60‑х годов галогенные лампы стали применяться в четырехфарных системах. С 1971 г. фирмы «Филипс» и «Осрам» начали выпуск фар с двухнитевой лампой Н4. Отечественные унифицированные фары ФГ152 для грузовых автомобилей (лампа H1) и легковых 11.3743 (лампа Н3) освоены производством в 70‑х годах. В последнее время в фарах появился дневной свет.

Наряду с прожекторами в фарах применяется проекторный способ получения светораспределения (эллипсоидный отражатель). Применяются также гомофокальные и бифокальные фары. Ряд японских фирм применяют в светосигнальных приборах вместо ламп светодиоды.

8.3.5. КОНТРОЛЬНО‑ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Первоначально на автомобилях использовался только амперметр («Форд‑АА», ГАЗ‑АА, ЗИС‑5). Затем появился измеритель уровня топлива (ГАЗ‑М‑1, ЗИС‑ 101). Рост измерительной аппаратуры стал наблюдаться на отечественных автомобилях только в послевоенное время («Победа» М20 и др.).

По конструкции контрольно‑измерительные приборы существенно отличаются от используемых в промышленности, хотя используют те же принципы действия.

На автомобилях наиболее распространены реостатные, терморезистивные и биметаллические датчики. Для измерения давления используются мембраны. В приемниках сигналов от датчиков применяются магнитоэлектрическая, электромагнитная и импульсная системы. Наиболее распространены магнитоэлектрические логомеры, содержащие две соосные встречно включенные обмотки, в цепь одной из которых включен резистор датчика, и одну обмотку, расположенную перпендикулярно. Специфика автомобильных приборов – невысокая точность, стоимость и т.п. – накладывает отпечаток на их конструкцию. Например, вместо возвратных пружин в указателях часто используются противовесы или постоянные магниты. В спидометрах использован принцип заторможенного асинхронного двигателя.

Приборы обычно выпускаются объединенными в щиток или комбинацию приборов. Развитие электроники обусловливает переход к электронным приборным панелям с цифровой или аналоговой информацией, для которой используют катодно‑люминесцентные индикаторы, жидкие кристаллы, светодиоды и т.д.

С применением бортового компьютера связан переход от контрольно‑измерительных приборов к информационным системам, способным расширить информацию о состоянии узлов и агрегатов автомобиля, условиях движения автомобиля с выводом ее на дисплей и дублированием голосом.

8.3.6. ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И КОММУТАЦИОННАЯ АППАРАТУРА

Первым из электропотребителей, появившимся на автомобилях в 1908 г., был электросигнал, питающийся от сухих батарей. Сигналы, где колебания звукоизлучающей мембраны вызывались вращающимся храповиком, задевающим укрепленный на мембране зуб, существовали недолго и были заменены вибрационными, принцип работы которых сохранился до наших дней – это электромагнит, якорь которого связан со звукоизлучающей мембраной.

Первые автомобили «Форд» были оборудованы сигналами переменного тока, где колебания мембраны создавались электромагнитом, питающимся от первичной обмотки магнето. Сигналы такого типа некоторое время применялись на мотоциклах.

В 1930 г. автомобили повышенной комфортабельности из вспомогательного оборудования кроме сигнала имели лишь прикуриватель, телефон для переговоров с водителем, горелку для отопления и двигатель последовательного возбуждения стеклоочистки лобового стекла. Затем число элементов вспомогательного оборудования начало интенсивно расти. Этот процесс продолжается и поныне.

Конструкция электрического вспомогательного оборудования (стеклоочистителей, насосов, стеклоомывателей, вентиляторов, отопителей и т.п.) связана с приводными электродвигателями. В настоящее время наиболее распространены электродвигатели с возбуждением от постоянных магнитов.

На автомобилях «Форд‑А» «Форд‑АА» и соответственно ГАЗ‑А и ГАЗ‑АА из коммутационной аппаратуры использовались лишь выключатель зажигания, переключатель освещения, выключатель стоп‑сигнала и выключатель стартера, расположенный непосредственно на нем. В автомобиле ГАЗ‑М‑1 добавилось реле сигнала, а переключатель света был разделен на ручной и ножной, ЗИС‑101 был дополнительно оснащен тяговым реле стартера и кнопкой управления этим реле, включателем вентилятора отопителя, включателем сигнала заднего хода, ручным и дверным включателем плафона, а замок зажигания подключал к цепи питания указатель уровня топлива и кнопку стартера.

В настоящее время число элементов коммутационной аппаратуры достаточно велико и растет с ростом числа потребителей.

Коммутационная аппаратура: включатели, переключатели, кнопки, реле, контакторы – по конструкции идентична общепромышленным.

Защита цепей на первых автомобилях «Форд» и отечественных автомобилях вообще не производилась. На машине ГАЗ‑М‑1 плавкий предохранитель устанавливался один на цепь освещения. В настоящее время практически все цепи автомобиля защищены предохранителями, причем на японских автомобилях защита стоит даже на разрядной цепи аккумуляторной батареи.

8.3.7. ЭЛЕКТРОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Применение на автомобилях электроники началось в 30‑х годах с ламповых радиоприемников. Однако все же развитие автоэлектроники связывают с транзистором, изобретенным в 1948 г., и особенно с появлением интегральных схем в 1958 г. Эра применения полупроводников началась с выпрямительных диодов генератора на автомобилях «Крайслер» (1960 г.). После этого автотракторное электрооборудование и электроника тесно переплелись – нет ни одной системы электрооборудования, где бы не применялись полупроводниковые элементы.

Новый этап развития электроники, продолжающийся и в настоящее время, наступил с применением в 1977 г. фирмой «Дженерал моторc» (изготовитель «Делько Реми») микропроцессора (система MISAR), а также с появлением ранее не применявшихся на автомобиле датчиков.

Возникли или перешли на новый качественный уровень следующие системы:

система управления двигателем (впрыскивание топлива, экономайзеры принудительного холостого хода и т.п.);

системы, повышающие безопасность движения (антиблокировочные устройства тормозов, управление подвеской и т.п.);

системы, облегчающие вождение автомобиля (автоматическое управление трансмиссией, система управления скоростью движения);

система комфорта;

навигационные системы.

Кроме перечисленных выше систем на автомобилях находит применение мультиплексная система связи, передающая несколько сигналов по одному информационному проводу и позволяющая упростить бортовую цепь автомобиля.

8.3.8. ТЯГОВЫЕ ЭЛЕКРОПРИВОДЫ БОЛЬШЕГРУЗНЫХ КАРЬЕРНЫХ АВТОСАМОСВАЛОВ БЕЛАЗ

Разработку и выпуск тягового электрооборудования для самосвалов БелАЗ осуществляет АЭК «Динамо».

Первые комплекты тягового электропривода для карьерных автосамосвалов БелАЗ были разработаны в 1976 г. При этом тяговый электропривод включал в себя тяговый генератор постоянного тока ГПА‑600 (мощностью 630 кВт, частотой вращения 1500 об/мин), два тяговых электродвигателя ДК‑717 мощностью 300 кВт каждый (в тяговом режиме они подключены параллельно к зажимам тягового генератора). Для возбуждения тягового генератора использовался генератор постоянного тока небольшой мощности независимого возбуждения. Система автоматического регулирования его возбуждения базировалась на использовании магнитного усилителя и электромагнитных датчиков постоянного тока. В силовой цепи использовались электропневматические контакторы.

На базе тягового электропривода автосамосвала грузоподъемностью 75 т в последующем был создан автосамосвал БелАЗ грузоподъемностью 110 т. При этом для обеспечения эффективного электрического торможения при движении автосамосвала с грузом вниз были разработаны специальные блоки вентилируемых тормозных резисторов УВТР 2x600.

В 1982 г. было начато производство автосамосвалов БелАЗ грузоподъемностью 180 т, на которых силовая цепь тягового электропривода состояла из тягового синхронного генератора мощностью 1400 кВт, неуправляемого выпрямителя, двух тяговых электродвигателей последовательного возбуждения, подключаемых параллельно к зажимам неуправляемого выпрямителя. В силовой цепи самосвала использовались линейные и тормозные контакторы с электропневматическим приводом, блоки обдуваемых тормозных резисторов и другая аппаратура. Система автоматического регулирования была выполнена с использованием магнитополупроводниковых элементов. Регулирование возбуждения главного генератора осуществлялось от вспомогательного синхронного генератора через трехфазный полупроводниковый выпрямитель.

В 1992 г. был создан опытный образец автосамосвала БелАЗ грузоподъемностью 280 т с колесной формулой 4x4, т.е. все колеса автосамосвала имеют тяговые электродвигатели. При этом каждая пара электродвигателей соединена последовательно и подключена к зажимам своего силового выпрямителя. Автосамосвал прошел цикл испытаний в объединении «Якут‑уголь», но промышленный выпуск указанной модификации не осуществлялся.

В 1990–1992 гг. были разработаны и прошли карьерные испытания дизель‑троллейвозы грузоподъемностью 120 т. Отличительной особенностью указанных машин являлась возможность их работы на выездной траншее от контактной сети постоянного тока номинальным напряжением 750 В (использовалась передвижная подстанция), а при работе на подъездных путях к экскаватору и в отвале питание машины осуществлялось от дизель‑генераторной установки.

Автосамосвалы грузоподъемностью 75, 110 и 180 т в настоящее время выпускаются серийно, причем их тяговые электроприводы постоянно модернизируются. В период 1985–1990 гг. были разработаны и производятся электроприводы нового поколения, их основными отличительными качествами являются:

переход на переменно‑постоянный ток (синхронный – генератор неуправляемые выпрямители – тяговые электродвигатели постоянного тока);

выполнение силовой цепи по схеме электрического дифференциала, предусматривающей последовательное соединение тяговых электродвигателей с силовым выпрямителем и тем самым обеспечение равенства токов и моментов тяговых электродвигателей;

отсутствие вращающегося возбудителя главного генератора, система его возбуждения – статическая от специальной обмотки, расположенной на статоре генератора;

система автоматического регулирования унифицирована для всех моделей самосвалов и выполнена на базе микроэлектронных компонентов, предусматривает широкие функции диагностики электрооборудования.

Необходимо отметить зарубежные разработки тяговых электроприводов большегрузных карьерных автосамосвалов. Это, например, тяговый электропривод автосамосвалов японской фирмы «Комацу» с колесной формулой 4x2 и грузоподъемностью 120 т, которые широко используются в карьерах России и других стран СНГ. Тяговый электропривод указанных самосвалов (электрооборудование разработано и поставляется фирмой «Toe электрик») выполнен на переменно‑постоянном токе с параллельным подключением двух тяговых электродвигателей постоянного тока с последовательным возбуждением к неуправляемому силовому выпрямителю. Система автоматического регулирования выполнена на микросхемах малой и средней степени интеграции, в электроприводе самосвала используются электромагнитные силовые контакторы тягового и тормозного режимов, а также блок вентилируемых тормозных резисторов, т.е. тяговый электропривод самосвала «Комацу» весьма близок к электроприводам первого поколения автосамосвалов БелАЗ.

Силовая цепь по схеме электрического дифференциала реализована на американских самосвалах «Юклид» грузоподъемностью 134 т с колесной формулой 4x2, также используемых в карьерах стран СНГ. Разработчиком и изготовителем электрооборудования для самосвала «Юклид» является американская фирма «Дженерал электрик». Электропривод самосвала «Юклид» также выполнен на переменно‑постоянном токе с неуправляемым выпрямителем тягового синхронного генератора и статической системой возбуждения от специальной обмотки, расположенной на статоре тягового генератора. Отличительной особенностью тягового электропривода самосвала «Юклид» по сравнению с отечественными электроприводами нового поколения является использование тяговых электродвигателей с независимым возбуждением.

В разработку и внедрение тяговых электроприводов для большегрузных карьерных автосамосвалов БелАЗ наибольший вклад внесли следующие отечественные ученые и инженеры, а также организаторы производства и науки: З.Л. Сироткин, СИ. Каган, А.П. Пролыгин, Ю.И. Фельдман, Ю.М. Андреев, Я.А. Брискман, А.Д. Машихин, М.П. Аскинази, В.В. Селиверстов, Г.И. Дорогуш, B.C. Краснов и др. [8.30–8.33].