Тема 9. Джерела електричної енергії Загальні відомості про електричне обладнання автомобілів

Електрична енергія порівняно з іншими видами енергії характеризується універсальністю застосування. Вона легко перетворюється в теплову енергію для запалювання пальної суміші, в механічну – для прокручування колінчастого вала під час пуску двигуна. Електрична енергія дає світловий потік для освітлення шляху, світлової сигналізації, забезпечує роботу вібратора звукового сигналу, приводить в дію контрольно – вимірювальні прилади та інші електричні пристрої.

Електричне обладнання можна поділити на три групи:

• джерела струму (акумуляторна батарея, генераторна установка змінного струму);

• споживачі електричної енергії (стартер, електродвигуни, прилади освітлення і сигналізації, реле тощо);

• комутаційна апаратура (перемикачі світла, вмикач маси, вмикач пускового підігрівника, вмикач стоп – сигналу, реле – покажчик поворотів тощо).

Системи електричного обладнання автомобілів розрізняють за видом струму, напругою і потужністю.

Найбільш поширені системи електричного обладнання постійного струму, які складаються з генератора змінного струму з випрямлячем, акумуляторної батареї і споживачів, що працюють на постійному струмі.

Системи електричного обладнання на змінному струмі призначені, в основному, для освітлення і сигналізації. Вони забезпечують живлення споживачів тільки при працюючому двигуні. Такі системи електричного обладнання застосовуються дедалі менше.

Для постійного забезпечення споживачів електричною енергією як при працюючому, так і при непрацючому двигуні, система електричного обладнання на постійному струмі має механічні й хімічні джерела струму. Рівень напруги такої системи залежить від номінальної напруги хімічного джерела струму, тобто акумуляторної батареї. Тепер, як правило, застосовується номінальна напруга 12 В. Рідше використовується напруга 6 або 24 В. Номінальна напруга 24 В застосовується головним чином у системі електричного пуску потужних дизельних двигунів.

Споживана потужність системи електрообладнання залежить від номінальної напруги і струму навантаження.

Переважне застосування на автомобілях дістала однопровідна система електричного обладнання. Другим проводом в такій системі є

“ маса”. Однопровідна система електрообладнання проста й дешева, але поступається перед двохпровідною тим, що має нижчу надійність.

Згідно з прийнятими стандартами до “ маси “ приєднують негативний полюс. Це зумовлене широким застосуванням радіоапаратури на автомобілях і спеціальних машинах, а також прагненням зменшити корозію деталей, які виконують роль другого проводу.

Призначення, принцип дії і загальна будова акумуляторної батареї

Електричні акумулятори – це електрохімічні пристрої, в яких при заряджанні електрична енергія зовнішнього джерела використовується на утворення хімічних сполук, а при розряджанні хімічна енергія перетворюється в електричну внаслідок переходу хімічних сполук, що утворились раніше, в первісний стан.

Рис. 9. 1. Схема роботи свинцево - кислотного акумулятора:

а – заряджання; б – розряджання

Свинцево - кислотний акумулятор складається з бака, в який залитий водний розчин сірчаної кислоти (електроліт) і в цей розчин занурені позитивні і негативні пластини. Позитивні пластини зарядженого акумулятора мають активну масу з перекису свинцю ( PbO₂), негативні – губчастого свинцю ( Pb). У розрядженому акумуляторі активна маса позитивних і негативних пластин однакова і складається з сірчанокислого свинцю ( PbSO₄).

В процесі заряджання під дією електричного струму сірчанокислий свинець пластин вступає в хімічну реакцію з електролітом. При цьому активна маса позитивних пластин перетворюється в перекис свинцю, негативних – в губчастий свинець, а концентрація сірчаної кислоти в електроліті підвищується.

Розряджання акумулятора супроводжується вступом сірчаної кислоти (H₂SO₄) електроліту в хімічну реакцію з активною масою позитивних і негативних пластин, переходом активної маси пластин у сірчанокислий свинець (PbSO₄) і зниженням концентрації сірчаної кислоти в електроліті.

Процес заряджання і розряджання можна записати у вигляді рівнянь хімічних реакцій:

при заряджанні

PbSO₄ + 2H₂o + PbSO₄  PbO₂ +2H₂SO₄ + Pb

при розряджанні

PbO₂ +2H₂SO₄ + Pb  PbSO₄ + 2H₂o + PbSO₄

Кожний акумулятор дає напругу близько 2 В. Оскільки в системах електричного обладнання застосовується напруга 6, 12 або 24 В, акумулятори об’єднують у батареї. Свинцево – кислотні акумуляторні батареї, як правило, складаються з трьох ( 6 В) або шести (12 В) послідовно з’єднаних акумуляторів.

На автомобілях ЗАЗ – 1102 “ Таврія ”, які виходять із заводу, встановлюють акумуляторну батарею 6СТ – 44 (не підлягає обслуговуванню), залиту електролітом і заряджену. В запасні частини ці батареї поступають також залитими електролітом і зарядженими.

Рис. 9. 2. Акумуляторна батарея:

1 – корпус; 2 – кришка; 3 – позитивний вивід; 4 – міжелементне з’єднання;

5 – негативний вивід; 6 – пробка; 7 – індуктор для перевірки рівня електроліту (тубус); 8 – сепаратор; 9, 10 – позитивні і негативні пластини; 11, 12 – півблоки позитивних і негативних пластин; 13 – блок пластин.

Таблиця 9. 1. Технічна характеристика акумуляторної батареї.

№	Показники	Значення
1	Марка	6СТ- 44
2	Номінальна напруга, В	12
3	Номінальна ємкість, А- год.	44
4	Параметри стартерного розряду при температурі – 18  С: струм розряджання, А тривалість розряджання, хв.	220 2,5
5	Саморозряд в режимі зберігання на протязі 90 діб, %	10
6	Маса, кг: з електролітом без електроліту	14 10
7	Термін зберігання, років	1 *
8	Термін використання, років	4…5

 Залитих електролітом батарей без підзарядки.

Використана при виготовленні батарей, які не підлягають обслуговуванню, технологія дозволяє зменшити вміст сурми в матеріалі пластин (електродів) до 2, 5 % і створити дрібнокристалічну структуру, що підвищує механічну стійкість і термін використання батареї майже в 3 рази.

Корпус (моноблок) батареї виготовлений з напівпрозорої термопластмаси із загальною кришкою. Міжелементні з’єднання розміщені не на кришках банок, як у звичайних батареях, а всередині батареї, в перегородках, і мають меншу масу і електричний опір. В кришці виготовлено шість отворів з пробками 6 для заливання електроліту і контролю його рівня.

В кожному акумуляторі знаходиться блок з почергово розміщених позитивних і негативних пластин, виконаних у вигляді решітки, заповненої активною масою з свинцю і свинцевих окислів. Пластини одинакової полярності зібрані в напівблоки і приварені до спільних пластин – бареток.

Решітки пластин відлиті з сплаву свинцю ( з добавлянням кальцію) з малим вмістом сурми. Завдяки цьому сповільнюється процес саморозряджання батареї, зменшується розкладання електроліту в кінці заряджання і знижується трудомісткість технічного обслуговування акумуляторної батареї, так як рідше потрібно перевіряти рівень і густину електроліту.

Між пластинами в блоках встановлені сепаратори 8 з тонкого полівінілхлориду, призначені для ізоляції пластин і захисту від вібрації. Мала товщина і велика пористість сепараторів зменшує внутрішній опір батареї і дозволяє отримати значну силу розрядного струму.

Електроліт свинцево – кислотних акумуляторів являє собою хімічно чистий розчин сірчаної кислоти в дистильованій воді. Густина електроліту залежить від пори року і регіону, де експлуатується автомобіль. Для умов нашої місцевості в зимовий і літній період рекомендується підтримувати густину електроліту в межах 1, 27 г/ см³ ( для повністю зарядженої батареї при температурі електроліту 20  С ). Рівень електроліту в акумуляторі повинен бути на 10... 15 мм вище верхніх кромок сепараторів чи захисної сітки.

Конструкція стартерних акумуляторних батарей дозволяє розряджати їх струмами в 3... 5 разів більшими, ніж їх номінальна ємність. Ємкість акумуляторної батареї вимірюється в ампер – годинах. Під номінальною ємкістю батареї С₂₀ розуміють кількість електрики, яку може віддати батарея при її розряджанні струмом 0, 05 С₂₀ до кінцевої напруги на виводах 12 – вольтової батареї 10, 5 В. Час розряджання в цьому випадку повинен бути не менше 20 годин.

Всі стартерні свинцево - кислотні батареї маркуються відповідно до державних стандартів. Так, в маркуванні акумуляторної батареї 6СТ – 55ЭМ, перша цифра 6 вказує на кількість акумуляторів в батареї, букви СТ позначають тип батареї – стартерна; число 55 – номінальна ємкість батареї в ампер – годинах при 20 – годинному розряджанні; останні букви позначають матеріал бака (П – асфальтопекова маса, Э – ебоніт, Т – термопласт) і сепаратора (М – міпласт, С – скловолокно, Р – міпора).