ЗАПОЧВАНЕ ОТ ЗИМАТА
Стартирането на двигател с вътрешно горене, дори и на автомобил през зимата, и дори след дълъг паркинг, често е голям проблем. В още по-голяма степен този въпрос е от значение за мощни камиони и автомобилна техника, от които вече има много в частна употреба - в края на краищата те се експлоатират главно в условия на съхранение извън гаража.
И причината за трудното стартиране не винаги е, че батерията „не е първа младост“. Капацитетът му зависи не само от експлоатационния живот, но и от вискозитета на електролита, който, както знаете, се сгъстява с намаляване на температурата. И това води до забавяне на химическата реакция с участието му и намаляване на тока на батерията в режим на стартер (с около 1% за всеки градус спад на температурата). Така дори нов акумулатор през зимата значително губи възможностите си за стартиране.
За да се застраховам от ненужни проблеми, свързани със стартирането на автомобилен двигател през студения сезон, направих стартово устройство (PU).
Изчисляването на неговите параметри е извършено по метода, посочен в списъка с литература [1].
Работният ток на акумулатора в стартов режим е: Ir = 3 x C (A),
където C е номиналният капацитет на батерията в Ah.
Както знаете, работното напрежение на всяка батерия („банка“) трябва да бъде най-малко 1,75 V, тоест за батерия, състояща се от шест „кутии“, минималното работно напрежение на батерията Ur ще бъде 10,5 V.
Мощност, подадена към стартера: Pst \u003d Up x Ip (W).
Например, ако 6 ST-60 батерия (C \u003d 60A (4) е инсталирана на лек автомобил, Rst ще бъде 1890 вата.
Такова стартово устройство може дори да стартира трактор в най-тежкия студ
Фиг. 1.Общ изглед на стартовото устройство с еднофазен трансформатор:
1 - първична намотка (медна тел PETV Ø2, 12); 2 - вторична намотка (алуминиева шина Scech = 36 mm2); 3 - дръжка с дървена дръжка (стоманена лента 20×3); 4 - общ изход на вторичната намотка; 5 - положителна клема (болт M10); 6 - скоби за закрепване на трансформатора към основата (стоманена щанга Ø7, обвита с фибростъкло, импрегнирана с епоксидна смола, 2 бр.); 7 - захранващ ключ с вградена термична защита (тип AE-1031); 8 - захранващ кабел с щепсел; 9 - мрежови входове на първичната намотка; 10 - изводи на вторичната намотка; 11 — основа (стоманен прът 07); 12 - отрицателна клема (болт M10); 13 - токоизправителни диоди (тип D161 - D250); 14 - оловен проводник (усукан меден проводник Ø12 в гумена изолация, 2 бр.); 15 - скоба с дръжка (клещи, 2 бр.); 16 - свързване на скобата с основата (усукана тел, 4 бр.)
Фиг. 2. Магнитна верига (тороидална сърцевина) - модифициран статор на асинхронен електродвигател (нарязване на зъбите в кръг)
Стартери с тороидални трансформатори:
отдясно - с трифазен, отляво - с монофазен
Според това изчисление, съгласно схемата, дадена в [2], е произведена пускова установка със съответната мощност.
Работата му обаче показа, че е възможно устройството да се нарече стартово устройство само с известна степен на условност. Устройството можеше да работи само в режим "запалка", тоест във връзка с акумулатора на автомобила. При ниски външни температури стартирането на двигателя с него трябваше да се извърши на два етапа:
- презареждане на батерията за 10 - 20 секунди;
- съвместно (батерии и устройства) насърчаване на двигателя.
Приемливоскоростта на стартера се поддържаше за 3-5 секунди, след което рязко спадна и ако двигателят не стартираше по това време, беше необходимо да се повтори всичко отначало, понякога няколко пъти. Този процес е не само досаден, но и нежелан поради две причини:
- първо, това води до прегряване на стартера и повишеното му износване;
Второ, намалява живота на батерията.
Стана ясно, че тези негативни явления могат да бъдат избегнати само когато мощността на пусковата установка е достатъчна за стартиране на студен двигател на автомобил без помощта на акумулатор.
Затова беше решено да се произведе друго устройство, което да отговаря на зададените изисквания. Но сега изчислението беше направено, като се вземат предвид загубите в токоизправителния блок, захранващите проводници и дори върху контактните повърхности на ставите в случай на възможното им окисляване. Отчетено е и още едно обстоятелство. Работният ток в първичната намотка на трансформатора при стартиране на двигателя може да достигне стойности от 18 - 20 A, което води до спад на напрежението в захранващите проводници на осветителната мрежа с 15 - 20 V. По този начин не 220, а само 200 V ще бъдат приложени към първичната намотка на трансформатора.
Според новото изчисление по метода, посочен в [3], като се вземат предвид всички загуби на мощност (около 1,5 kW), новият PU изисква понижаващ трансформатор с мощност 4 kW, т.е. почти четири пъти повече от мощността на стартера. (Направени са съответните изчисления за производството на подобни устройства, предназначени за стартиране на двигатели на различни машини, както карбураторни, така и дизелови, и дори с бордова мрежа с напрежение 24 V. Техните резултати са обобщени в таблицата.)
С тези мощности се осигурява такава скорост на коляновия вал (40 - 50 об / мин за карбураторни двигатели и 80 - 120обороти - за дизел), което гарантира надежден старт на двигателя.
Понижаващият трансформатор е направен върху тороидална сърцевина, взета от статора на изгорял асинхронен електродвигател с мощност 5 kW. Площта на напречното сечение на магнитната верига Sst \u003d a x b \u003d 20 x 135 \u003d 2700 (mm 2) (виж фиг. 2).
Няколко думи за подготовката на тороидалното ядро. Статорът на електродвигателя се освобождава от остатъците от намотката и зъбите му се изрязват с помощта на остро заточено длето и чук. Това не е трудно да се направи, тъй като желязото е меко, но трябва да използвате очила и ръкавици.
Материалът и дизайнът на дръжката и основата на PU не са критични, стига да изпълняват функциите си. Моята дръжка е от стоманена лента със сечение 20 х 3 мм, с дървена дръжка. Лентата е обвита с фибростъкло, импрегнирано с епоксидна смола. На дръжката е монтиран терминал, към който след това са свързани входът на първичната намотка и положителният проводник на стартовото устройство.
Основата-рамка е изработена от стоманен прът с диаметър 7 mm под формата на пресечена пирамида, на която са ребрата. След това устройството се привлича към основата с две U-образни скоби, които също са обвити с фибростъкло, импрегнирано с епоксидна смола.
От едната страна на основата е прикрепен превключвател за захранване, а от другата медна пластина на токоизправителния блок (два диода). На плочата е монтиран отрицателен извод. В същото време плочата служи и като радиатор.
Ключ - тип AE-1031, с вградена термична защита, за ток 25 A. Диоди - тип D161 - D250.
Очаквана плътност на тока в намотките 3 - 5 A / mm 2. Броят навивки на 1 V от работното напрежение се изчислява по формулата: T = 30/Sst. Броят на завъртанията на първичната намотка на трансформатора беше: W1 = 220 x T = 220 x30/27 = 244; вторична намотка: W2 \u003d W3 \u003d 16 x T \u003d 16 × 30 / 27 \u003d 18.
Първичната намотка е направена от проводник PETV с диаметър 2,12 mm, вторичната намотка е направена от алуминиева шина с напречно сечение 36 mm2.
Първо, първичната намотка беше навита с равномерно разпределение на завоите по целия периметър. След това се включва през захранващия кабел и се измерва тока на празен ход, който не трябва да надвишава 3,5A. Трябва да се помни, че дори леко намаляване на броя на завоите ще доведе до значително увеличаване на тока на празен ход и съответно до спад на мощността на трансформатора и PU. Увеличаването на броя на завоите също е нежелателно - това намалява ефективността на трансформатора.
Завоите на вторичната намотка също са равномерно разпределени по целия периметър на сърцевината. При полагане използвайте дървен чук. След това проводниците се свързват към диодите, а диодите към отрицателния извод на панела. Средният общ изход на вторичната намотка е свързан към "положителния" терминал, разположен на дръжката.
Сега относно проводниците, свързващи стартовото устройство към стартера. Всяка небрежност при производството им може да обезсили всички усилия. Нека покажем това с конкретен пример. Нека съпротивлението Rpr на целия свързващ път от токоизправителя до стартера е 0,01 Ohm. Тогава, при ток Ip = 250 A, спадът на напрежението върху проводниците ще бъде: Upr = Ip x Rpr = 250 A x 0,01 Ohm = 2,5 V; в този случай загубите на мощност по проводниците ще бъдат много значителни: Ppr \u003d Upr x Ir \u003d 625 W.
В резултат на това към стартера в работен режим ще се подава не 14, а 11,5 V, което, разбира се, е нежелателно. Следователно дължината на свързващите проводници трябва да бъде възможно най-къса (Lp 100 mm 2 ). Проводниците трябва да бъдат избрани многожилни медни, в гумена изолация. Връзката към стартера за удобство е направена бързо освобождаваща, с помощта наклещи или мощни скоби, като тези, използвани като държачи на електроди за битови машини за заваряване. За да не се обърка полярността, дръжката на клещите на положителния проводник е увита с червена електрическа лента, отрицателният проводник е увит в черно.
Фиг. 3. Принципна схема на пусково устройство с еднофазен трансформатор
Фиг. 4. Принципна схема на пусково устройство с трифазен трансформатор:
SB1 - бутонен превключвател (типове KU-121-1, KU-122-1M); K1 - магнитен стартер (типове PML-4000, PMA-4000); VD1, VD2, VD3 - токоизправителни диоди от типове D161 - D250; Т1 - трифазен трансформатор 380/36V; K1.1, K1.2, K1.3 - нормално отворени контакти на триполюсен ключ
Краткосрочната работа на стартовото устройство (5 - 10 секунди) позволява използването му в еднофазни мрежи. За по-мощни стартери (над 2,5 kW) трансформаторът PU трябва да е трифазен.
Опростено изчисление на трифазен трансформатор за неговото производство може да се направи съгласно препоръките, посочени в [3], или можете да използвате готови индустриални понижаващи трансформатори като TSPC - 20 A, TMOB - 63 и др., Свързани към трифазна мрежа с напрежение 380 V и извеждане на вторично напрежение 36 V.
В заключение, някои общи съвети и препоръки.
Използването на тороидални трансформатори за монофазни пускови устройства не е необходимо и се диктува само от най-добрите им масово-габаритни показатели (тегло около 13 kg). В същото време технологията за производство на PU на тяхна основа е най-трудоемката.
Изчисляването на трансформатора на стартовото устройство има някои характеристики. Например, изчисляването на броя на завъртанията на 1 V от работното напрежение, направено по формулата: T \u003d 30 / Sct (където Sct еплощта на напречното сечение на магнитната верига), се обяснява с желанието да се "изстиска" максимално възможното от магнитната верига за сметка на ефективността. Това е оправдано от неговия краткосрочен (5 - 10 секунди) режим на работа. Ако размерите не играят решаваща роля, можете да използвате по-щадящ режим, като изчислите по формулата: T \u003d 35 / Sst. След това магнитната верига се взема с напречно сечение от 25 - 30% повече.
Необходима мощност на стартерния трансформатор за стартери на различни машини и трактори
Мощността, която може да бъде "отстранена" от произведения PU, е приблизително равна на мощността на трифазен асинхронен електродвигател, от който е направена сърцевината на трансформатора.
Когато използвате мощно стартово устройство в стационарна версия, съгласно изискванията на правилата за безопасност, то трябва да бъде заземено. Дръжките на свързващите клещи трябва да са с гумена изолация. За да избегнете объркване, препоръчително е да маркирате тяхната „плюс“ част, например с червена електрическа лента.
При стартиране акумулаторът не може да се откачи от стартера. В този случай скобите са свързани към съответните клеми на батерията. За да се избегне презареждане на акумулатора, стартовото устройство се изключва веднага след стартиране на двигателя.
С. ГЮРОВ, стр. Илинка, Ростовска област
Литература
1. Н. М. Илин, Ю. Тимофеев, В.Я. Ваня-ев. Електрообзавеждане на автомобили. М.: Транспорт, 1982.
2. И. П. Шелестов. Полезни схеми за радиолюбители. Книга 1, М.: "Солон", 1998 г.
3. И. Никифоров. Опростено изчисляване на мрежов трансформатор, Радио, 2000, № 10, с. 39.
4. В. Мотузас. Електрически стартер, "Селски механик", 1988, № 4, с. 23-24.