Поверочный расчет баланса электроэнергии на автомобиле.

Для проведения поверочного расчета баланса электроэнергии на автомобиле необходимо знать следующие величины:

- часовая отдача генератора на автомобиле определенной марки;

- токи нагрузки в режимах движения автомобиля: город день и город ночь для зимы, а если в автомобиле имеется климатическая установка, то эти же токи рассчитываются и для лета;

- максимальный выходной ток генератора,

- номинальную ёмкость аккумуляторной батареи,

- расход ёмкости аккумуляторной батареи на пуски двигателя внутреннего сгорания автомобиля;

- расход ёмкости аккумуляторной батареи на потребители, работающие на стоянках автомобиля.

Кроме этого, при расчетах используются следующие величины:

- время работы автомобиля за сутки соответственно днем и ночью.

Так принимается для режима работы автомобиля зимой:

5 часов, 5 часов,

а для режима работы летом:

8 часов, 2 часов.

При расчете определяется величина суточного зарядного баланса, то есть количества электричества, которое может получить или отдать аккумуляторная батарея за сутки при движении автомобиля в городе:

(10.1)

Кроме этого, определяется будет ли иметь место разряд аккумуляторной батареи при движении автомобиля в городе ночью ( условие наличия разряда: ) и , если такой разряд будет иметь место, то какой величины будет часовой разряд в процентах, определяемый по формуле:

(10.2)

По токоскоростной характеристике Id_Г(n) генератора находится величина выходного тока генератора при частоте вращения его ротора n₀, соответствующей частоте вращения двигателя на холостом ходу Id_Г(n₀).

Оценка баланса электроэнергии на автомобиле ведется по следующим критериям.

- Суточный зарядный баланс должен быть положительный :Q_сут> 0.

- Часовой разряд аккумуляторной батареи ночью в городе не должен превышать определенную величину.

- Максимальный ток генератора по его токоскоростной характеристике не должен быть меньше тока, рассчитанного.

- Для вновь проектируемых генераторов его тока Id_Г(n₀) должно быть достаточно для питания одновременно работающих потребителей, указанных в нормативных документах, при этом суммарный ток этих потребителей определяется как сумма их номинальных токов.

При выполнении этих критериев генератор может быть использован на автомобиле данной марки с данной комплектацией.

11. Характеристика холостого хода индукторного генератора, её характерные области.

Из-за особенностей конструкции характеристики индукторных генераторов несколько отличаются от характеристик клювообразных генераторов.

ЭДС в фазе и выходное напряжение индукторного генератора определяется переменной составляющей магнитного потока:

(11.1)

Как указывалось выше, максимальный магнитный поток Ф_макс имеет место, когда зубцы статора и ротора находятся на одной оси и воздушный зазор между ними минимален. Зависимость этого потока от тока возбуждения при малой величине тока возбуждения имеет характер, близкий к линейному. При большой величине тока возбуждения имеет место насыщение магнитной цепи и замедление изменения величины магнитного потока .

Рисунок 11.1 – Зависимость магнитного потока от тока возбуждения индукторного генератора.

Минимальный магнитный поток Ф_мин имеет место, когда зубец ротора находится на одной оси с пазом ротора. Воздушный зазор между зубцом статора и ротором в этом случае велик. Магнитное сопротивление воздушного зазора не зависит от величины тока возбуждения и имеет большую величину. Поэтому зависимость магнитного потока от величины тока возбуждения носит линейный характер, как показано на рисунке 11.1. Из этого рисунка видно, что разность между магнитными потоками Ф_макс и Ф_мин при увеличении тока возбуждения сначало возрастает, а затем уменьшается. Этот факт оказывает влияние на характеристику холостого хода.

Рисунок 11.2 – Характеристика холостого хода индукторного генератора.

Характеристика холостого хода имеет несколько характерных участков. Первый участок между точками 1 и 2 соответствует ненасыщенной магнитной цепи генератора. На этом участке амплитуда изменения магнитного потока Ф_аи выходное напряжение генератора Ud_Г изменяются линейно. На участке между точками 2 и 4 магнитная цепь насыщена не сильно и поэтому амплитуда изменения магнитного потока Ф_а и выходное напряжение генератора Ud_Г возрастают с замедлением из-за увеличения уровня насыщения магнитной цепи. На участке после точки 4 магнитная цепь насыщена сильно. Поэтому амплитуда изменения магнитного потока Ф_а и выходное напряжение генератора Ud_Г уменьшаются с ростом тока возбуждения.

12. Работа выпрямителя генератора в реальных условиях, её учет при инженерных расчетах генератора.

Для работы выпрямителей автомобильных генераторов в основном применяются диоды Д104-20, Д104-25, Д104-35. Эти диоды рассчитаны на максимальный ток соответственно 20 А, 25 А, 35 А. При таких токах падение напряжения на одном диоде в среднем составляет 0,8 В. Максимальное значение прямого падения напряжения равно 1,35 В. Обратный ток таких диодов при обратном напряжении 150 В не превосходит 3 мА. Таким образом, падение напряжения на диодах выпрямителя необходимо учитывать, а обратным током можно пренебречь, так как он мал по величине.

Следует также учесть, что коммутация с одного диода на другой не может происходить мгновенно из-за наличия индуктивности фаз обмотки статора генератора, включенных в контур коммутации.

Рисунок 12.1 – Влияние процесса коммутации тока с одного диода на другой на фазное и выходное напряжение генератора

На рисунке показан период времени - γ (время коммутации), при котором ток проходит сразу через два диода одной группы. Из-за этого происходит короткое замыкание двух фаз генератора. Напряжения этих фаз по абсолютной величине сравниваются и приблизительно становятся равны среднему значению мгновенных значений напряжений двух фаз. Таким образом, среднее значение выходного напряжения генератора уменьшается за счет провала напряжения . На диаграмме провалы обозначены заштрихованной областью.

Что касается формы фазного напряжения генератора, то она содержит высшие гармоники ( несинусоидальна).

Реально выпрямленное напряжение генератора выражается формулой .

(12.1)

где – действующее значение фазного напряжения;

– коэффициент схемы, учитывающий схему соединения фаз («звезда» или «треугольник»);

– коэффициент выпрямления, учитывающий схему соединения диодов, то есть схему выпрямителя.

– коэффициент, учитывающий явление коммутации с одного диода на другой;

– падение напряжения на диодах выпрямителя.

На рисунке 12.2,а показана зависимость коэффициента от тока на выходе генератора. При увеличении тока генератора этот коэффициент уменьшается, а при коротком замыкании на выходе генератора он по величине близок к нулю. Уменьшение коэффициента влечет за собой уменьшение напряжения генератора.

Точно учесть все процессы в выпрямителе можно, проведя моделирование на ЭВМ совместной работы генератора с выпрямителем.

Для инженерного расчета, то есть расчета вручную, используются зависимости, полученные экспериментальным путем, приведенные на рисунках 12.2,б и в.

Зависимости, изображенные на рисунке 12.2, б, служат для определения напряжений фаз обмотки статора, при расчете генератора на определенную величину выходного напряжения генератора. Верхняя кривая сплошная линия приведена для выпрямительных блоков с максимальным падением напряжения на диодах, а нижняя кривая сплошная линия - для выпрямительных блоков с минимальным падением напряжения на диодах (верхняя сплошная и нижняя сплошная линии соответственно). Пунктиром показана кривая линия для выпрямительных блоков со средней величиной падения напряжения на диоде. Таким образом, для определенного выходного напряжения генератора задавшись выходным током генератора можно найти соответствующее ему значение фазного напряжения.

Зависимость, показанная на рисунке 12.2, в, используется для пересчета выходного тока генератора в фазный ток обмотки статора и наоборот.

Коэффициент мощности несколько меньше по величине, чем КПД выпрямителя, так как он не учитывает наличие высших гармоник выпрямленного напряжения. Он примерно равен 0,8…0,85.

Рисунок 12.2 – Зависимости, учитывающие особенности работы выпрямителя в реальных условиях

Следует отметить, что зависимости изображенные на рисунке 12.2, приводятся для определенных типов выпрямительных блоков, определенной схемы соединения фаз обмотки статора генератора и определенной величины выходного напряжения генератора.

Важным параметром, характеризующим работу выпрямительного блока, является коэффициент мощности . Он численно равен отношению мощности на выходе выпрямительного блока к мощности на входе выпрямительного блока.