Разработка стенда по проверке, испытанию и диагностике генераторов и стартеров легкового автомобиля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Аннотация

Введение

Раздел 1. Аналитический обзор

1.1 Виды оборудований по диагностике и ремонту стартеров и генераторов их функциональные возможности

1.2 Конструктивные особенности стартеров и генераторов

1.2.1 Конструктивные особенности генераторов

1.2.2 Конструктивные особенности стартеров

1.3 Неисправности стартеров и генераторов

1.3.1 Характерные неисправности генераторных установок и методы их обнаружения

1.3.2 Основные неисправности стартеров, способы их обнаружения и устранения

Раздел 2. Конструкторская часть

2.1 Расчет основных размеров машины

2.2 Расчет цепи электродвигателя и характеристики холостого хода

2.3 Расчет обмоточных данных якоря

2.4 Потери и КПД электродвигателя

2.5 Проверка электродвигателя на стабильность против размагничивающей реакции якоря в пусковом режиме

2.6 Расчет рабочих характеристик электродвигателя

Раздел 3. Технологическая часть

3.1 Диагностика, техническое обслуживание и ремонт генератора переменного тока и реле регулятора

3.2 Диагностика, техническое обслуживание и ремонт стартера легкового автомобиля

Раздел 4. Безопасность жизнедеятельности и промышленная экология

4.1 Описание рабочего места, оборудования и выполняемых технологических операций

4.2 Расчет системы освещения

4.3 Организация производственной и экологической безопасности предприятия

4.4 Разработка конструктивной и эксплуатационной безопасности проектируемого изделия

Раздел 5. Экономическая часть

5.1 Исходные данные

5.2 Расчёт зарплаты исполнителей

5.3 Расчет затрат на основные материалы

5.4 Расчет затрат на силовую электроэнергию

5.5 Расчет амортизационных отчислений

5.6 Расчет накладных расходов

5.7 Анализ порога прибыли инновационного проекта

5.8 Расчет показателей экономической эффективности инновационного проекта

Заключение

Список использованной литературы



Аннотация

Данный дипломный проект посвящен разработке стенда по проверке, испытанию и диагностике генераторов и стартеров легкового автомобиля. При разработке данного дипломного проекта был проведен обзор существующих конструкций стендов по диагностике генераторов и стартеров, разработан электродвигатель, при этом были проведены магнитоэлектрический и тепловой расчеты, а также рассчитаны характеристика холостого хода и рабочие характеристики проектируемого электродвигателя. При работе над дипломным проектом были рассмотрена технология диагностических испытаний и произведен расчет затрат на научно-исследовательскую и опытно-конструкторскую работу по разработке электропривода, кроме того рассмотрены вопросы экологичности и безопасности дипломного проекта.

Дипломный проект содержит расчетно-пояснительную записку объемом 138 печатных листов, 10 листов формата А1 графического материала.

стенд диагностика магнитоэлектрический электродвигатель



Введение

Автомобиль является одним из самых массовых видов автономных объектов. Пуско-генераторная установка автомобиля, как и в начале XX века, состоит из двух независимых устройств - синхронного генератора и стартера на основе двигателя постоянного тока. За столь большой промежуток времени данные устройства не претерпели значительных изменений. Наряду с этим, развитие автомобильной промышленности демонстрирует быстрый рост количества энергопотребителей в новых моделях автомобилей, что требует постоянного повышения мощностей их генераторных установок. Следовательно возникает необходимость разработки новых оборудований для испытаний, проверки, диагностики генераторов и стартеров для быстрого выявления неполадок в данных узлах и их ремонта. В данный момент существует огромное количество различных видов диагностирующего оборудования предназначенных для контроля и ремонта снятого с автомобиля электрооборудования.

Использование автотранспорта постоянно возрастает. Немалое значение отводится автомобильному транспорту в вопросах рейсовых и маршрутных перевозок пассажиров. Доля транспортных расходов в перевозках пассажиров составляет от 15 до 40 %.

Уменьшения стоимости транспортных операций можно добиться несколькими путями. Один из таких путей - совершенствование технической эксплуатации автомобилей. Улучшение технической эксплуатации автомобилей позволяет снизить расходы на топливо и смазочные материалы, на амортизационные отчисления и непосредственно на текущий ремонт (ТР) и техническое обслуживание (ТО).

Для решения всех этих вопросов, а также для поддержания автомобилей в исправном состоянии большое значение имеет внедрение диагностирования.

Эксплуатация технически неисправного автомобиля нерентабельна (резко возрастает возможность отказа, увеличиваются эксплуатационные расходы), вредна (усиливается загрязнение окружающей среды) и опасна для владельца и других членов общества (особенно, если эти неисправности связаны с системами автомобиля, влияющими на безопасность движения). Несвоевременное и некачественное проведение профилактических работ (ТО, диагностирование) вызывает повышенный износ деталей, агрегатов и преждевременный выход их из строя.

На предприятиях, внедривших техническое диагностирование, удалось продлить срок службы многих агрегатов автомобилей до ремонта без снижения их эксплуатационных капитальных ремонт (КР), после проведения необходимых регулировок, выявленных при диагностировании, продолжали надежно работать.

Разработкой методов и средств технического диагностирования в нашей стране занимается ряд крупных научно-исследовательских и учебных институтов и лабораторий.

Существующая система ТО и ремонта автомобилей включает в себя широкое внедрение средств технического диагностирования в технологический процесс ТО и ТР. Диагностирование обеспечивает значительную экономию средств на содержание автомобилей за счет сокращения их простоя на время обслуживания и ремонта, выполнения действительно необходимых регулировочных и ремонтных операций, сокращение расхода запасных частей и горюче-смазочных материалов (ГСМ).



Раздел 1. Аналитический обзор

1.1 Виды оборудований по диагностике и ремонту стартеров и генераторов их функциональные возможности

В данное время существует огромное количество диагностирующего оборудования и стендов по проверке и ремонту стартеров и генераторов. Все они предназначены для выявления неполадок в различных узлах агрегатов и их устранению. В целом все оборудование практически похожи, но различие состоит в габаритных размерах, функциональных возможностях, комплектовки того или иного стенда и в производителе. Рассмотрим часть оборудований которые уже используется в данное время.

Контрольно испытательный стенд Э-242

На рисунке 1.1 представлен контрольно испытательный стенд Э-242.

Рисунок 1.1-Стенд - 242

Контрольно испытательный стенд Э-242 предназначен для контроля и ремонта снятого с автомобиля электрооборудования: генераторов до 6,5 кВт в режиме холостого хода и под нагрузкой, стартеров до 11 кВт в режиме холостого хода и полного торможения, реле-регуляторов, тяговых реле стартеров, реле-прерывателей, коммутационных реле, электроприводов агрегатов автомобиля, обмоток якорей, полупроводниковых приборов, резисторов. Он оснащен электроприводом для вращения генераторов, источником стартерного тока, нагрузочными устройствами, устройствами проверки якорей и контроля изоляции, средствами измерений напряжения, силы тока, электрического сопротивления, крутящего момента, частоты вращения. Оборудован зажимами для крепления генераторов и стартеров, тормозным устройством для осуществления режима полного торможения стартеров и измерения крутящего момента. Поставляется с полным комплектом принадлежностей, необходимых для выполнения проверок.

Диапазоны измерений: напряжение постоянного тока 0 - 20, 12 - 160 - 40, 24 - 32 В; сила постоянного тока 0 - 5, 0 - 500 - 150, 0 - 500, 0 - 1500 А; электрическое сопротивление постоянному току 1 - 100, 10 - 1000 , 100 - 10000, 1000 - 100000 Ом; крутящий момент на валу стартера 0 - 2,5/0 - 10 кгсм; частота вращения ротора генератора/стартера 0 - 10000 об/мин. Регулировка тока нагрузки генераторов: плавная реостат, ступенчатая 30, 60, 90,120А. Мощность привода генераторов 4 кВт.

Источник стартерного тока: номинальное напряжение 12/24 В, максимальный ток 1150 А, кратковременная мощность (проверка стартера 10 сек) 16 кВт. Напряжение питания 380 В, масса 400 кг, габариты 1000х800х1530 мм.

Контрольно испытательный стенд Э-250-00

На рисунке 1.2 представлен контрольно испытательный стенд Э-250-00.



Рисунок 1.2-Стенд-250-00

Усовершенствованная модель широко известного стенда Э-242. Контрольно-испытательный стенд для контроля и регулировки снятого с автомобиля электрооборудования: генераторов, стартеров, реле-регуляторов, тяговых реле стартеров, реле-прерывателей, коммутационных реле, электроприводов агрегатов автомобиля, обмоток якорей, полупроводниковых приборов, резисторов. Отсутствует сетевой источник питания (СИП) для проверки стартеров. Источником питания при проверке стартера служат 2 аккумуляторные батареи по 190А/ч или пуско-зарядное устройство. Стенд предназначен для диагностики снятого с автомобиля электрооборудования в условиях автотранспортных предприятий, авторемонтных заводов, фирм и мастерских, станций технического обслуживания автомобилей, для профильных учебно-образовательных учреждений.

Принцип работы стенда заключается в имитации рабочих режимов и измерении выходных характеристик снятого с автомобилей электрооборудования с целью проверки его работоспособности и определения технического состояния и поиска неисправностей.

В стенде реализована революционная методика проверки генераторов. Её режим максимально приближен к эксплуатационному: плавно изменяется частота вращения и ток нагрузки.

Перечень контролируемых параметров:

Генераторы: частота вращения ротора генератора во всем рабочем диапазоне; частота вращения привода генераторов; ток нагрузки генератора; напряжение при этих проверках; ток, потребляемый генераторами постоянного тока в режиме двигателя; симметрия фаз генераторов переменного тока.

Регуляторы напряжения: напряжение включения реле обратного тока; уровень напряжения, поддерживаемый регулятором; ток ограничения; обратный ток; переменное напряжение срабатывания реле блокировки стартера; ток срабатывания реле защиты; напряжение рассогласования двухэлементных регуляторов напряжения.

Стартеры: частота вращения якоря на холостом ходу; ток, потребляемый стартером на холостом ходу; ток, потребляемый стартером в режиме полного торможения; момент, развиваемый в режиме полного торможения; момент включения главных контактов по зазору между шестерней и упорной шайбой; состояние главных контактов по падению напряжения на них при протекании определенной величины тока.

Коммутационные реле: напряжение и ток срабатывания; напряжение и ток отпускания; контроль изоляции на пробой.

Прочие элементы электрооборудования: контроль изоляции на пробой; измерение сопротивлений резисторов от 1 Ом до 100 кОм; проверка якорей генераторов и стартеров.

Стенд диагностический СКИФ-1-02

На рисунке 1.3 представлен Стенд диагностический СКИФ-1-02.

Рисунок 1.3-СКИФ-1-02

Предназначен для диагностики технического состояния электрооборудования. Осуществляет: проверку тех. характеристик генераторов постоянного и переменного (с выпрямителем) тока напряжением 12, 24В мощностью до 4кВт в режиме холостого хода и под нагрузкой до 2,2 кВт; проверку параметров и регулировку реле-регуляторов к генераторам; проверку параметров стартеров с номин. напряжением 12, 24В мощностью до 9кВт в режиме холостого хода; проверку на работоспособность коммутационных реле и реле-регуляторов; проверку параметров электродвигателей вспомогат. механизмов; проверку исправности полупроводниковых приборов; проверку сопротивлений; зарядку кислотных АКБ напряжением 12В, до 210 Ач; тестирование АКБ под нагрузкой; тип конструкции - настольный; питание - от трехфазной сети переменного тока напряжением 380 В частоты 50 Гц; потребляемая мощность - 4,2 кВт, максим. зарядный ток - 20А; регулировка зарядного тока - плавная; защита от переполюсовки АКБ и короткого замыкания зарядных проводов; режимы работы зарядного устройства - автоматический, ручной; масса - 50 кг, габаритные размеры - 565х750х525 мм.

Стенд для диагностики генераторов и стартеров MD1

На рисунке 1.4 представлен стенд для диагностики генераторов и стартеров MD1.

Рисунок 1.4-Стенд MD1



Стенд MD1 предназначен для проверки без непосредственной установки на автомобиль работоспособности стартеров и генераторов легковых и грузовых автомобилей 12 и 24В и измерения их электрических параметров. Питание стенда от сети переменного тока 380V, полностью электронное управление двигателем (пр-ва MITSUBISHI) с плавным пуском и остановкой двигателя, плавная регулировка оборотов 0-6000 в прямом и реверсном режимах, авто-режим 3000 оборотов. Максимальный ток нагрузки при проверке генераторов - до 200А, обеспечиваемый включением 6 независимых активных нагрузочных режимов. Проверка не только силовых, но и информационных выходов современных генераторов: P-D, Active L, FR-SIG, DFM. Удобный, надежный и быстрый натяжной механизм для поликлиновых и ручейковых ремней генераторов (время установки агрегата 20-30сек). Проверка стартеров с номинальным напряжением 12В и 24В мощностью до 9,2 кВт в режиме холостого хода. Пусковой ток обеспечивается при помощи 2х стандартных автомобильных аккумуляторов 12V. Наглядная цифровая индикация измеряемых (ток, напряжение) и задаваемых (количество оборотов двигателя) параметров испытаний. Предусмотрена возможность установки USB модуля (в версии PRO Print) для подключения к компьютеру и принтеру. При подключении к компьютеру на последний устанавливается специальное программное обеспечение (поставляется в комплекте) для отображения в виде графиков зависимостей напряжения от тока, оборотов (задаются пользователем) на любом временном промежутке, что безусловно будет особо важно для определения «плавающих» неисправностей. Габаритные размеры стенда 900х1520х800мм. Вес 150кг.

Испытательные стенды MOTOPLAT

На рисунке 1.5 представлен испытательный стенд MOTOPLAT.

Модели C21GE ( аналоговый) и CV21BP (цифровой) представляют собой комбинацию испытательных стендов для стартеров и генераторов на 6, 12 и 24 вольт. Приводной двигатель управляется устройством программируемой электроавтоматики и обладает мощностью 7,5 кВт. Поэтому имеется возможность тестирование генераторов до соответственной мощности 200 и 240 ампер при 24 вольт. Для тестирования максимальной выходной мощности C21GE обладает защитой до мощности 480 ватт. Управление движением двигателя происходит посредством двух постоянных позиций оборотов ( 1500 и 3000 оборотов в минуту) либо при помощи переменного регулятора.

Рисунок 1.5-Стенд MOTOPLAT.

Часть стенда для стартеров позволяет тестировать стартеры до мощности 15 л. с. В комбинации с гидравлической тормозной системой, измерителем тормозного давления и компенсационным переключателем количества зубцов имеется возможность тестирования начальной мощности.

Одновременно поставляемые приспособления позволяют вам смонтировать практически все виды стартеров и генераторов на испытательном стенде. Испытательный стенд питается от трехфазной цепи 380 вольт, но также может быть переделан на питание 220 вольт.

Испытательный стенд Junior test bench.

На рисунке 1.6 представлен испытательный стенд Junior test bench.

Рисунок 1.6- стенд Junior test bench.

Junior test bench - малый испытательный стенд, настольный вариант, позволяющий проводить ускоренные испытания генераторов и стартеров 12-24 Вольт. Предназначен для механических, электротехнических, автомобильных мастерских.

Он проводит испытание генератора 12-24 В с зарядным реостатом и с предупредительной световой сигнализацией. Также проводит испытание стартера в режиме холостого хода с управлением входным реле стартера и полем индуктора.

Технические характеристики: три фазы, двигатель 2 л.с. со ступенчатым шкивом с V-образными канавками и KcKV-образными полюсами; зарядный реостат 200 Вт (12 В); амперметр с нулем в середине шкалы 50-0-50 А; амперметр для испытания стартера 0-1000 А

- источник питания 380 В; однофазный источник питания 220 В с инвертором и с бесступенчатым регулированием скорости; питание от аккумулятора 12-24 В; размеры: 75х75х80; масса 50 кг / 55 кг.

1.7 Стенд проверки генераторов и стартеров AST-55

На рисунке 1.7 представлен стенд проверки генераторов и стартеров AST-55.

Рисунок 1.7 стенд проверки генераторов и стартеров AST-55

При разработке стенда основная задача состояла в осуществлении более компактных размеров, скорости диагностики агрегата (установка, снятие) и удобство в управлении. Агрегат устанавливается на подставку или без нее, зависит от конструктива агрегата и закрепляется фиксирующей цепью. Первым нажатием на рычаг зажимается цепь, а вторым нажатием производится натяжка соответствующего ремня. Эта процедура занимает 10-15 секунд вашего времени. Помимо индикаторов напряжения и постоянного тока, присутствующих на всех подобных стендах, имеется индикатор составляющей переменного тока. Например: завышенное показание при проверке генератора указывает на наличие проблем у диодного моста, а у стартера - на щетки или отсутствие надлежащего контакта между ламелями коллектора и обмоткой якоря. По индикатору мощности определяется максимальный выходной ток генератора, а для стартера- наличие проблем с обмоткой статора или втулками якоря. Эти и другие комбинации показаний индикаторов могут указывать на путь решения проблем на стадии начальной диагностики.

Контрольно испытательный стенд Э-250-02.

На рисунке 1.8 представлен контрольно испытательный стенд Э-250-02.

Рисунок 1.8- стенд Э-250-02.

Стенд Э-250-02 для контроля и ремонта снятого с автомобиля электрооборудования, усовершенствованная модификация широко известного стенда Э-242, оснащен цифровой индикацией режимов работы. Контрольно-испытательный стенд для контроля и регулировки снятого с автомобиля электрооборудования: генераторов, стартеров, реле-регуляторов, тяговых реле стартеров, реле-прерывателей, коммутационных реле; электроприводов агрегатов автомобиля; обмоток якорей; полупроводниковых приборов, резисторов. Принцип работы стенда заключается в имитации рабочих режимов и измерении выходных характеристик снятого с автомобилей электрооборудования с целью проверки его работоспособности и определения технического состояния и поиска неисправностей. Встроенная плавно-ступенчатая электронная нагрузка позволяет проверить все известные марки генераторов во всем диапазоне токоскоростной характеристики от 0 до 160 А. Нагрузкой генераторов может быть аккумуляторная батарея, которая будет заряжаться от генератора, приводимого от стенда. Два ручья приводного шкива обеспечивают проверками генераторы с клиновым и с поликлиновым (плоскоременным) приводом. Встроенный источник регулируемого напряжения обеспечивает проверку различных реле. Опционно оснащается устройством проверки якорей стартеров и двигателей. Поставляется с полным комплектом принадлежностей, необходимых для выполнения проверок. Режимы проверок максимально приближены к условиям эксплуатации. В стенде реализована методика проверки генераторов, ее режим максимально приближен к эксплуатационному: плавно изменяется частота вращения и ток нагрузки. Внутри каждой группы можно методом опционной доработки получить любое исполнение. Исполнения стенда делятся на две группы: универсальные (12В/24В) и легковые (12В), в зависимости от принадлежности проверяемого электрооборудования к автомобилям с разным бортовым напряжением. В каждой группе есть генераторное исполнение, исключающее проверку стартеров, что не мешает его опционной доработке в случае смены потребителя. В качестве источника стартерного питания применяется сетевой источник питания или аккумуляторные батареи. В аккумуляторном варианте в случае <подсаженного> аккумулятора можно использовать стороннее пуско-зарядное устройство.

Таблица 1 - Технические характеристики Контрольно испытательный стенд Э-250-02

- напряжение постоянного и переменного тока, В	0-2, 0-20, 0-40
- сила постоянного тока, А	0-5, 0-150, 0-500, 0-1000
- электрическое сопротивление постоянному току, Ом	0-100, 0-100000
- крутящий момент, Нм	0-100
- частота вращения ротора генератора, стартера, об/мин	0-10000
Максимальная мощность потребляемая из сети при проверке стартеров, кВт	20
Время установления рабочего режима, мин	15
Время непрерывной работы, час	8
Средняя наработка на отказ, час	1000
Источник стартерного тока:
- номинальное напряжение, В	12/24
Напряжение питания, В	380
Габаритные размеры, мм	1200х850х1600
Масса, кг	400

Таблица 1.3 Контролируемые параметры стенда Э-250-02

Генераторы	Частота вращения ротора генератора во всем рабочем диапазоне; Частота вращения привода генераторов; Ток нагрузки генератора; Напряжение при этих проверках; Ток, потребляемый генераторами постоянного тока в режиме двигателя; Симметрия фаз генераторов переменного тока.
Регуляторы напряжения	Напряжение включения реле обратного тока; Уровень напряжения, поддерживаемый регулятором; Ток ограничения; Обратный ток; Переменное напряжение срабатывания реле блокировки стартера; Ток срабатывания реле защиты; Напряжение рассогласования двухэлементных регуляторов напряжения.
Стартеры	Частота вращения якоря на холостом ходу; Ток, потребляемый стартером на холостом ходу; Ток, потребляемый стартером в режиме полного торможения; Момент, развиваемый в режиме полного торможения; Момент включения главных контактов по зазору между шестерней и упорной шайбой; Состояние главных контактов по падению напряжения на них при протекании определенной величины тока.
Коммутационные реле	Напряжение и ток срабатывания; Напряжение и ток отпускания. Контроль изоляции на пробой.
Другие элементы электрооборудования	Контроль изоляции на пробой; Измерение сопротивлений резисторов от 1 Ом до 100 кОм. Проверка якорей генераторов и стартеров.



1.2 Конструктивные особенности стартеров и генераторов

Стартер - основной агрегат пусковой системы двигателя, раскручивающий его вал до частоты вращения, необходимой для запуска двигателя. Основные узлы стартера - двигатель, редуктор, устройства сцепления и расцепления с валом основного двигателя, пусковое устройство (для стартеров, которые не могут запускаться самостоятельно, например бензиновых, турбокомпрессорных).

Генератор -- устройство, обеспечивающее преобразование механической энергии вращения коленчатого вала двигателя автомобиля в электрическую. Автомобильный генератор используется для зарядки аккумуляторной батареи автомобиля, а также для питания штатных электропотребителей таких как бортовой компьютер, габаритные огни и другие. К автомобильным генераторам предъявляют высокие требования по надежности, так как генератор обеспечивает бесперебойную работу большинства компонентов современного автомобиля.

1.2.1 Конструктивные особенности генераторов

Отечественные и зарубежные генераторы в принципе имеют идентичную конструкцию, в основу которой положена клювообразная полюсная система ротор. Такая система позволяет создать многополюсную систему с помощью одной катушки возбуждения.

Рисунок 1.9 Клювообразная полюсная система ротора



По организации системы охлаждения генераторы можно разделить на два типа - традиционной конструкции, с вентилятором на приводном шкиве и компактной конструкции, с двумя вентиляторами у торцевых поверхностей полюсных половин ротора. В первом случае охлаждающий воздух засасывается вентилятором через вентиляционные окна в крышке со стороны контактных колец, во втором - через вентиляционные окна обеих крышек. Компактную конструкцию отличают наличие вентиляционных отверстий на цилиндрических частях крышек и усиленное оребрение. Малый диаметр внутренних вентиляторов позволяет увеличить частоту вращения ротора генераторов компактной конструкции, поэтому ряд фирм называет их высокоскоростными. Последние годы как в России, так и за рубежом новые разработки генераторов имеют обычно компактную конструкцию. Для автомобилей с высокой температурой воздуха в моторном отсеке или работающих в условиях повышенной запыленности, применяют конструкцию с поступлением забортного воздуха через кожух с патрубком и воздуховод.

По общей компоновке генераторы разделяются на конструкции, у которых щеточный узел размещен во внутренней полости генератора, и конструкции с размещением его снаружи под специальным пластмассовым кожухом. В последнем случае контактные кольца ротора имеют малый диаметр, т.к. при сборке генератора они должны пройти через внутренний диаметр подшипника задней крышки. Уменьшение диаметра колец способствует повышению ресурса работы щеток.

Рисунок 1.10 Схема движения охлаждающего воздуха в генераторах

Отечественные генераторы традиционной конструкции в основном выполняются либо с конструктивной преемственностью генераторов автомобилей ВАЗ, либо длительное время применявшихся на автомобилях многих марок генераторов Г250. Статор генератора устанавливается между крышками, причем их посадочные места контактируют с наружной поверхностью пакета статора. Чем глубже статор утоплен в крышке, тем меньше вероятность, появления перекоса подшипников, установленных в крышках. Некоторые зарубежные фирмы выпускают генераторы, у которых статор полностью утоплен в переднюю крышку. Существуют конструкции, у которых средние листы пакета выступают над остальными и они являются посадочным местом для крышки.

Электрические схемы автомобильных генераторных установок.

Различают два типа невзаимозаменяемых регуляторов напряжения - в одном типе (рис. 1.11) выходной коммутирующий элемент регулятора напряжения соединяет вывод обмотки возбуждения генератора с «+» бортовой сети, в другом типе (рис. 1.12, 1.13) - с «-» бортовой сети. Транзисторные регуляторы напряжения второго типа являются более распространенными.

Чтобы на стоянке аккумуляторная батарея не разряжалась, цепь обмотки возбуждения генератора (в схемах 1.11, 1.12) запитывается через выключатель зажигания. Однако при этом контакты выключателя коммутируют ток до 5А, что неблагоприятно сказывается на их сроке службы. Разгрузить контакты выключателя можно, используя промежуточное реле, но более прогрессивно, если через выключатель зажигания запитывается лишь цепь управления регулятора напряжения (рис. 1.13), потребляющая ток силой в доли ампера.



Рисунок 1.11 Схема соединения генератора

Прерывание тока в цепи управления пере водит электронное реле регулятора в выключенное состояние, что не позволяет току протекать через обмотку возбуждения. Однако применение выключателя зажигания в цепи генераторной установки снижает ее надежность и усложняет монтаж на автомобиле. Кроме того, в схемах падение напряжения в выключателе зажигания и других коммутирующих или защитных элементах, включенных в цепь регулятора (штекерные соединения, предохранители), влияет на уровень поддерживаемого регулятором напряжения и частоту переключения его выходного транзистора, что может сопровождаться миганием ламп осветительной и светосигнальной аппаратуры, колебанием стрелок вольтметра и амперметра.

Рисунок 1.12 Схема соединения генератора

Поэтому более перспективной является схема на рис. 5. В этой схеме обмотка возбуждения имеет свой дополнительный выпрямитель, состоящий из трех диодов. К выводу «Д» этого выпрямителя и подсоединяется обмотка возбуждения генератора. Схема допускает некоторый разряд аккумуляторной батареи малыми токами по цепи регулятора напряжения, и при длительной стоянке рекомендуется снимать наконечник провода с клеммы «+» аккумуляторной батареи.

Рисунок 1.13 Схема соединения генератора

В схему на рис. 5 введено подвозбуждение генератора от аккумуляторной батареи через контрольную лампу 8. Небольшой ток, поступающий в обмотку возбуждения через эту лампу от аккумуляторной батареи, достаточен для возбуждения генератора и в то же время не может существенно влиять на разряд аккумуляторной батареи. Обычно параллельно контрольной лампе включают резистор 1З, чтобы даже в случае перегорания контрольной лампы генератор мог возбудиться.

Контрольная лампа в схеме на рис. 5 является одновременно и элементом контроля работоспособности генераторной установки. В схеме применен стабилитрон 12, гасящий всплески напряжения, опасные для электронной аппаратуры.

Рисунок 1.14 Схема соединения генератора

С целью контроля работоспособности в схеме рис. 1 введены реле с нормально замкнутыми контактами, через которые получает питание контрольная лампа 8. Эта лампа загорается после включения замка зажигания и гаснет после пуска двигателя, т.к. под действием напряжения от генератора реле, обмотка которого подключена к нулевой точке обмотки статора, разрывает свои нормально замкнутые контакты и отключает контрольную лампу 8 от цепи питания.

Рисунок 1.15 Схема соединения генератора

Если лампа 8 при работающем двигателе горит, значит, генераторная установка неисправна. В некоторых случаях обмотка реле контрольной лампы 6 подключается на вывод фазы генератора.

Схема рис. 6 характерна для генераторных установок с номинальным напряжением 28 вольт. В этой схеме обмотка возбуждения включена на нулевую точку обмотки статора генератора, т.е. питается напряжением, вдвое меньшим, чем напряжение генератора. При этом приблизительно вдвое снижаются и величины импульсов напряжения, возникающих при работе генераторной установки, что благоприятно сказывается на надежности работы полупроводниковых элементов регулятора напряжения.

Рисунок 1.16 Схема соединения генератора

Резистор 13 служит тем же целям, что и контрольная лампа в схеме рис. 5, т.е. обеспечивает уверенное возбуждение генератора.

На автомобилях с дизельными двигателями может применяться генераторная установка на два уровня напряжения 14/28 В. Второй уровень 28 В используется для зарядки аккумуляторной батареи, работающей при пуске ДВС. Для получения второго уровня используется электронный удвоитель напряжения или трансформаторно-выпрямительный блок (ТВБ), как это показано на рис. 4.

В системе на два уровня напряжения регулятор стабилизирует только первый уровень напряжения 14 вольт. Второй уровень возникает посредством трансформации и последующего выпрямления ТВБ переменного тока генератора. Коэффициент трансформации трансформатора ТВБ близок к единице.

В некоторых генераторных установках зарубежного и отечественного производства регулятор напряжения поддерживает напряжение не на силовом выводе генератора «+», а на выводе его дополнительного выпрямителя, как показано на схеме рис. 7.

Рисунок 1.17 Схема соединения генератора

Схема является модификацией схемы рис. 5, с устранением ее недостатка - разряда аккумуляторной батареи регулятора напряжения при длительной стоянке. Такое исполнение схемы генераторной установки возможно потому, что разница напряжения на клеммах «+» и «Д» невелика. На этой же схеме (рис. 7) показано дополнительное плечо выпрямителя, выполненное на стабилитронах, которые в нормальном режиме работают как обычные выпрямительные диоды, а в аварийных - предотвращают опасные всплески напряжения.



Рисунок 1.18 Схема соединения генератора

Резистор R, как было показано выше, расширяет диагностические возможности схемы. Этот резистор вообще характерен для генераторных установок фирмы 8osch. Генераторные установки без дополнительного выпрямителя, но с подводом к регулятору вывода фаз, применение которых, особенно японскими и американскими фирмами, расширяется, выполняются по схеме рис. 8. В этом случае схема генераторной установки упрощается, но усложняется схема регулятора напряжения, т.к. на него переносятся функции предотвращения разряда аккумуляторной батареи на цепь возбуждения генератора при неработающем двигателе автомобиля и управления лампой контроля работоспособного состояния генераторной установки.

На вход регулятора может подаваться напряжение генератора или аккумуляторной батареи (пунктир на рис. 8), а иногда и оба эти напряжения сразу.

Конечно, стабилитрон 12, защищающий от всплесков напряжения дополнительное плечо выпрямителя, а также выполнение выпрямителя на стабилитронах может быть использовано в любой из приведенных схем.

Некоторые фирмы применяют включение контрольной лампы через разделительный диод, а в схемах рис. 5, 7 включение ее идет через контактное реле. В этом случае обмотка реле включается на место контрольной лампы. Если генераторная установка работает в комплексе с датчиком температуры электролита, она имеет дополнительные выводы для его подсоединения.

Генераторы на большие выходные токи могут иметь параллельное включение диодов выпрямителя. Для защиты цепей генераторной установки применяют предохранители, обычно в цепях контрольной лампы, соединениях регулятора с аккумуляторной батареей, в цепи питания аккумуляторной батареи.

1.2.2 Конструктивные особенности стартеров.

Стартер состоит из электродвигателя, шестеренчатого привода, обгонной муфты (муфты свободного хода).

Рисунок 1.19 - Стартер с постоянными магнитами и шестеренчатым редуктором:

1 - соленоид и пусковое реле; 2 - рычаг включения стартера; 3 - обгонная муфта с ведущей шестерней; 4 - шестеренчатый редуктор (планетарная передача); 5 - якорь; 6 - постоянные магниты

Шестерня на валу электродвигателя стартера сначала начинает взаимодействовать с зубчатым венцом маховика двигателя. После пуска двигателя частота вращения шестерни стартера становится выше частоты вращения вала электродвигателя стартера, что может привести к выходу стартера из строя из-за возникающего центробежного усилия. Для предотвращения этого нежелательного явления между шестерней стартера и его якорем устанавливается обгонная муфта, которая отключает стартер от двигателя, как только частота вращения коленчатого вала начинает превышать частоту вращения вала стартера.

В большинстве случаев в стартере применяется электродвигатель постоянного тока с последовательным возбуждением, характеризуемый высокой частотой вращения без нагрузки, что поддерживает необходимую частоту вращения коленчатого вала двигателя во время его пуска. Прогресс, достигнутый в сфере технологии производства ферритов, позволяет использовать в стартерах электродвигатели с возбуждением от постоянных магнитов, стойких к размагничиванию. Стартеры с якорями, вращающимися с более высокими скоростями, но развивающими меньший крутящий момент, имеют меньшие размер и массу. Для них становится возможным увеличение передаточного отношения между двигателем и якорем стартера. Диаметр зубчатого венца маховика не может быть увеличен и поэтому увеличение этого передаточного отношения осуществляется путем использования дополнительной передаточной ступени (стартеры с шестеренчатым редуктором).

Стартеры с инерционным приводом.

Инерционный привод является самой простой формой шестеренчатого привода. Обгонная муфта перемещается на валу якоря на спиральных шлицах при вращении этого якоря. При включении стартера ненагруженный якорь начинает свободно вращаться. При этом шестерня стартера и обгонная муфта еще не вращаются из-за своей инерции и выталкиваются вперед по шлицам. Как только шестерня входит в зацепление с зубчатым венцом маховика, она удерживается от вращения и проталкивается вперед еще дальше до контакта со стопорным кольцом. В это время крутящий момент от якоря электродвигателя стартера передается на двигатель через обгонную муфту, шестерню стартера и зубчатый венец маховика.

Как только коленчатый вал начинает вращать шестерню стартера со скоростью, превышающей скорость вращения якоря стартера, обгонная муфта прерывает передачу усилия от двигателя на эту шестерню и препятствует ускорению вращения якоря. При этом обгонная муфта и шестерня стартера перемещаются по спиральным шлицам вала назад. Этот процесс разъединения шестерни стартера и зубчатого венца маховика усиливается посредством возвратной пружины, которая обеспечивает удержание шестерни в положение разъединения от двигателя при неработающем стартере.

Рисунок 1.20- Стартер с инерционным приводом:

1 - выключатель стартера: 2 - пусковое реле; 3 - обмотка возбуждения; 4 - шестерня стартера с обгонной муфтой; 5 - спиральные шлицы; 6 - якорь

Обгонная муфта роликового типа. Стартеры небольшого и среднего размеров обычно снабжаются обгонными муфтами, в которых ролики с помощью пружин отжимаются в клинообразные выемки между наружной обоймой муфты и ее внутренней обоймой (валом шестерни). Когда стартер начинает работать, крутящий момент усиливает эффект заклинивания роликов и это-момент передается от наружной обоймы на вал шестерни.

Когда крутящий момент меняет свой знак на противоположный, ролики выходят из клинообразных выемок, и шестерня начинает вращаться свободно.

Многодисковая обгонная муфта. Используется в стартерах грузовых автомобилей. Ведущий элемент с наружным! дисками соединен с якорем стартера, . вал и шестерня стартера принудительно соединены друг с другом. Внутренне диски размещены в направляющей внутренней муфты, которая может перемещаться в радиальном направлении п спиральным шлицам ведущего вала. I условиях отсутствия нагрузки диски ежи маются пружиной с небольшой силой, что позволяет передавать через муфту толь ко незначительный крутящий момент При увеличении нагрузки внутренняя муфта перемещается спиральными шлицами в направлении нажимной пружинь сжимая ее и обеспечивая одновременно этим более сильное сжатие дисков. Многодисковая обгонная муфта может пере давать повышенный крутящий момен при увеличении нагрузки стартера.

Обгонная муфта с храповым механизмом. Применяется в стартерах грузовых автомобилей. Муфта соединена с валом якоря, перемещаясь в осевом направлении (операция зацепления) за счет взаимодействия шлицев вала и втулки. Наружная поверхность втулки выполнена со спиральными шлицами и обеспечивает передачу крутящего момента к гайке полумуфты, которая затем передает этот момент к шестерне стартера через зубья пилообразной формы. После начала работы двигателя шестерня стартера завинчивает гайку полумуфты в обратном направлении через мелкопрофильные зубья и прерывает передачу усилий. Разъединяющее кольцо при этом также сдвигается назад и удерживается в разъединяющем положении сухарями. Центробежное усилие, создаваемое сухарями при малых скоростях вращения шестерни стартера, недостаточно для удержания обгонной муфты в положении разъединения, и пружина снова обеспечивает введение полумуфты в зацепление.

Классический электростартер -- это устройство, состоящее из электродвигателя (ЭДВ) постоянного тока с последовательной обмоткой возбуждения, который на время пуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС) подключается к аккумуляторной батарее (АКБ) с помощью пускового тягового реле (ПТР). Это же реле посредством рычага с вилкой перемещает по оси стартера муфту свободного хода (МСХ) и тем самым механически сочленяет шестерню на валу стартерного электродвигателя непосредственно с венечной шестерней маховиков ДВС.

Конструкция стартера, при которой вал электродвигателя соединяется прямо с маховиком ДВС, имеет ряд недостатков. Так, передаточное число главного редуктора, состоящего из венечной шестерни маховика и шестерни МСХ, не может быть достаточно высоким. Ограничения накладываются расчетным размером диаметра маховика, а также числом, размером и прочностью зубцов шестерни МСХ. В такой редукторной паре -- соотношение зубцов не может быть более 16--18.

Это приводит к необходимости использовать в стартере такой электродвигатель, у которого обороты якоря «мягко» сочетаются с механической нагрузкой на валу. К таким относятся электродвигатели с последовательной обмоткой возбуждения, обладающие мягкой механической характеристикой.



Рисунок 1.21 Электродвигатель с последовательной обмоткой возбуждения.

Именно такие ЭДВ широко применяются в классических электростартерах.

Конструктивным недостатком ЭДВ с последовательным возбуждением является то, что в нем ток возбуждения, равный току якоря, делает обмотку возбуждения громоздкой, сильно нагревающейся, а магнитную систему статора недостаточно эффективной и с низким КПД. Даже при заданном ограничении на время роботы, стартер получается тяжелым и больших размеров. Кроме того, ЭДВ с последовательным возбуждением в режиме холостого хода может пойти «вразнос».

От указанных недостатков свободны ЭДВ с независимым (от тока якоря) возбуждением. Независимое возбуждение магнитного поля на статоре ЭДВ можно получить тремя способами: обмоткой возбуждения, которая подключена к отдельному от якоря источнику электрической энергии (управляемое независимое возбуждение)



Рисунок 1.22 Электродвигатель с независимым возбуждением обмоткой возбуждения, подключенной параллельно якорю ЭДВ (параллельное возбуждение)

Рисунок 1.23 Электродвигатель с паралельным возбуждением постоянными магнитами на статоре (возбуждение от постоянных магнитов относится к неуправляемому независимому возбуждению -- рис. 1, д)

Рисунок 1.24 Электродвигатель с возбуждением от постоянного магнита

Электродвигатель с питанием обмотки возбуждения от независимого источника в автомобильной системе электростартерного пуска не используется, так как на борту автомобиля один пусковой источник электрической энергии -- аккумуляторная батарея.

Электродвигатели с чисто параллельным возбуждением (рис. 1, в) в автомобильных электростартерах неэффективны, так как напряжение АКБ при пуске ДВС в зимнее время (при температуре ниже -- 20 °С) резко падает до 8--9 В. При этом намагничивающая сила параллельной обмотки возбуждения, а следовательно и крутящий момент стартера, значительно ослабевают, пуск ДВС становится невозможным. Кроме того, характеристика ЭДВ с параллельным возбуждением жесткая, что недопустимо при низком передаточном соотношении между оборотами стартерного ЭДВ и оборотами коленвала ДВС, так как это может привести к ударным перегрузкам и поломкам в зубцах механического привода.

Однако жесткость характеристики ЭДВ обеспечивает плавность хода стартера, а также ограниченность оборотов холостого хода, и поэтому параллельное возбуждение иногда вводится в ЭДВ классического электростартера дополнительно к последовательному (рис. 1, г)

Рисунок 1.25 Электродвигатель со смешанным возбуждением

Такое возбуждение обеспечивает ЭДВ усредненную (умеренно жесткую) механическую характеристику и называется смешанным. Используется, например, в стартерах для автомобилей ВАЗ.

Исключительно удачным техническим решением для автомобильного электростартера является наличие в его конструкции электродвигателя с независимым возбуждением от постоянных магнитов (рис. 1, д) и дополнительного понижающего планетарного редуктора, установленного непосредственно внутри корпуса стартера между валом электродвигателя и осью, по которой перемещается муфта свободного хода (о планетарных редукторах см. ниже).

Такие стартеры имеют следующие преимущества.

Во-первых, главное магнитное поле электродвигателя с постоянными магнитами на статоре не зависит ни от тока якоря, ни от падения напряжения АКБ при пуске ДВС.

Во-вторых, система постоянных магнитов на статоре электродвигателя делается многополюсной (не менее шести полюсов), что позволяет заметно уменьшить габариты магнитной системы (постоянные магниты значительно меньше электромагнитов), а следовательно и всего стартера в целом. КПД и обороты стартерного электродвигателя с многополюсным статором также выше.

В-третьих, сами постоянные магниты выполняются не из сплавов дорогостоящих металлов, а из спекаемых ферритовых порошков с большой коэрцитивной силой, что делает магниты легкими, прочными, технологичными и, как следствие, дешевыми.

В-четвертых, наличие дополнительного понижающего редуктора в электростартерной системе пуска позволяет оптимально согласовать жесткую механическую характеристику электродвигателя независимого возбуждения с минимольной пусковой частотой вращения коленвала ДВС при максимальной механической нагрузке стартера.

И наконец, в-пятых, стартерный ЭДВ с независимым возбуждением от постоянных магнитов и с дополнительным редуктором может работать в режиме повышенных оборотов при пуске холодного двигателя, потребляя при этом от АКБ меньший ток по сравнению с классическим стартером. КПД стартерного режима АКБ и надежность пуска ДВС увеличиваются.

Как и любая новая техника, электростартеры с планетарным редуктором и с возбуждением от постоянных магнитов на начальном этапе внедрения обладали некоторыми недостатками: они были значительно дороже классических за счет высокой стоимости постоянных магнитов и планетарного редуктора; в них быстрее изнашивались щетки из-за более высоких оборотов; их работа сопровождалась повышенным шумом.

Современная технология изготовления стартеров нового поколения исключает эти недостатки. Так, постоянные магниты, как уже отмечалось, стали ферритовыми. Главная шестерня планетарного редуктора изготавливается литьем под давлением из термореактивной пластмассы. Пластмассу армируют бронзой, что делает планетарную шестерню прочной, износостойкой, технологичной и дешевой. Остальные детали дополнительного редуктора обычобычного исполнения. Планетарный редуктор с пластмассовой шестерней не шумит. Быстрый износ коллекторных щеток устранен применением в них более жесткого графита и удалением из него порошковой меди.

Последнее стало возможным за счет понижения величины якорного тока. Уменьшена сила прижатия щеток к коллектору. Следует однако заметить, что стоимость стартера нового поколения пока еще несколько выше стоимости классического. Но если 15 лет назад разница в цене была около 150 %, то в последнее время она не превышает 50 %.

Схемы управления электростартерами

Схемы внутренних соединений электростартеров с последовательным и смешанным возбуждением с использованием одно- и двухобмоточных тяговых реле приведены на рис. 24. Однообмоточное тяговое реле подключается к аккумуляторной батарее GB (рис. 25, а) переводом ключа выключателя зажигания 2 с контактами S1в нефиксированное положение «стартер». Якорь тягового реле втягивается в электромагнит, с помощью рычажного механизма вводит шестерню привода в зацепление с венцом маховика и в конце хода замыкает силовые контакты реле К1 в цепи электродвигателя М.

Рисунок 1.26 Схемы внутренних соединений электростартеров

Силовые контакты замыкаются до полного ввода шестерни в зацепление. Если шестерня упирается в венец маховика, якорь реле продолжает перемещаться вследствие сжатия буферной пружины привода и замыкает силовые контакты. Якорь с шестерней начинают вращаться, и шестерня под действием буферной пружины входит в зацепление, когда зуб шестерни устанавливается против впадины зубчатого венца маховика. Использование дополнительного усилия в шлицевом соединении вала и направляющей втулки ведущей обоймы роликовой муфты свободного хода для перемещения шестерни позволяет уменьшить тяговое усилие и ход якоря электромагнита, размеры и массу тягового реле.

Для отключения стартера необходимо снять усилие с ключа выключателя зажигания. Ключ автоматически займет положение «Зажигание». При этом якорь отключенного от источника тока тягового реле и приводной механизм под действием пружины возвращаются в исходное положение.

В стартерах с двухобмоточными реле (рис. 25, б и в) при замыкании контактов S1 выключателя зажигания 2 ток от батареи проходит через втягивающую и удерживающую обмотки. При замыкании контактов реле К1 втягивающая обмотка замыкается накоротко.

Рисунок 1.27 Схемы управления электростартерами

Обмотки тягового реле К1 могут подключаться к источнику тока через контакты вспомогательного реле К2 (рис. 25, в, г и д). Дополнительный контакт 17 в тяговом реле или во вспомогательном реле замыкает накоротко добавочный резистор катушки зажигания.

В рассмотренных схемах управления после пуска двигателя следует немедленно выключить стартер, так как при длительном вращении ведомой обоймы с шестерней привода возможно заклинивание роликовой муфты свободного хода и повреждение якоря. Включение стартера при работе двигателя может привести к повреждению зубьев шестерни и венца маховика или выходу из строя муфты свободного хода.

Надежность системы пуска и срок службы стартера можно повысить за счет автоматизации отключения стартера после пуска двигателя и блокировки его включения при работе двигателя.

Электронное устройство 2612.3747 (рис. 26) автоматического отключения и блокировки включения стартера содержит блок управления и датчик частоты вращения коленчатого вала. Блок управления настроен на частоту вращения, при которой стартер должен отключаться. Частота эта должна быть больше максимально возможной пусковой частоты вращения коленчатого вала электростартером и меньше минимальной частоты вращения коленвала в режиме прогрева двигателя после пуска.

При пуске двигателя выключатель приборов и стартера переводится в положение «стартер», транзистор VT5 открывается (первое устойчивое состояние триггера на транзисторах VT4 и VT5) и подключает к аккумуляторной батарее вспомогательное реле, которое включает стартер. При вращении коленчатого вала двигателя через вход 4 штекерного разъема на электронное устройство подается синусоидальное напряжение от фазы генератора, которое транзистором VT1 преобразуется в прямоугольные импульсы нормированной амплитуды. С помощью резисторов R1, R2, R3 и конденсатора С1 ограничивается входное напряжение и отфильтровываются импульсные помехи во входных цепях.

Рисунок 1.28 Электронное устройство для автоматического отключения и блокировки стартера

Прямоугольные импульсы заряжают конденсатор С3 преобразователя частота-напряжение. Чем больше частота входного сигнала (частота вращения коленчатого вала двигателя), тем меньше промежутки времени между импульсами и разряд конденсатора С2. При определенной частоте вращения коленчатого вала напряжение на конденсаторе С3 превышает опорное напряжение на резисторе R10чR15, транзисторы VT2 и VT3 открываются и триггер переводится во второе устойчивое состояние, когда транзистор VT4 открыт, а транзистор VT5 закрыт. Вспомогательное реле обесточивается и отключает стартер. Диоды VD10, VD13 и конденсаторы С5, С6 обеспечивают надежное закрытие транзисторов VT5 и VT4.

Терморезистор R11 изменяет частоту вращения вала двигателя, при которой стартер должен отключаться, в соответствии с изменением температуры окружающего воздуха. Повторное включение стартера после первой неудачной попытки пуска возможно только после предварительного перевода ключа выключателя зажигания в положение «Выключено».

1.3 Неисправности стартеров и генераторов

В современных автомобильных стартерах и генераторах возникают большое количество различных неисправностей. Рассмотрим наиболее широко встречаемые неисправности.

1.3.1 Характерные неисправности генераторных установок и методы их обнаружения

Генераторная установка исправна, если она обеспечивает заряд аккумуляторной батареи, развивает напряжение, достаточное для питания и не опасное для потребителей, и работает без шума. Современные генераторные установки являются высоконадежными агрегатами, и часто за их отказ принимают отсутствие контакта или короткое замыкание в проводке автомобиля, срабатывание предохранителя, отказ амперметра и т. п.

...