ECHIPAMENTUL ELECTRIC AL MOTORULUI

Destinatia si compunerea echipamentului electric al motorului

Echipamentul electric asigura alimentarea cu energie electrica a aparatelor electrice atat in timpul deplasarii autovehiculului cat si la stationare.

Echipamentul electric al autovehiculului cuprinde: instalatia de alimentare, consumatorii si instalatia de distributie si anexele.

Instalatia de alimentare este formata din: bateria de acumulatoare, generatorul de curent (continuu sau alternativ) si aparatele pentru reglarea tensiunii si a curentului si conectarea cu bateria de acumulatoare.

Consumatorii sunt: instalatia de aprindere, instalatia de pornire, instalatia de iluminare si semnalizare (optica si acustica), aparatele de masura si. control si aparatele auxiliare pentru marirea gradului de confort (stergator si spalator de parbriz, aparate de climatizare si incalzire, radio, ceas etc.).

Instalatia de distributie si anexele sunt formate din: conductoare, contactul cu cheie, intrerupatoare si comutatoare, cutii si piese de legatura, prize. sigurante fuzibile si automate.

Echipamentul electric utilizeaza pentru legaturi la sursele de curent un singur conductor, de obicei pozitivul (+), masa metalica constituind conductorul al doilea de inchidere a circuitului (-).

Autovehiculele moderne utilizeaza, in general, ca tensiune de lucru 12 V. In figura 2 se reprezinta schema instalatiei electrice a autoturismului Dacia 1300

Sursele de energie electrica

Sursele de energie ale echipamentului electric al automobilelor sunt: bateria de acumulatoare si generatorul de curent.

Bateria de acumulatoare are rolul de a alimenta consumatorii de energie electrica in timpul cand motorul functioneaza la o turatie scazuta a arborelui cotit sau cand motorul este oprit. La turatiile mijlocii si mari ale motorului, generatorul de curent debiteaza suficienta energie electrica si preia alimentarea consumatorilor.

In anumite situatii; cand consumul de energie electrica este mare (de exemplu, noaptea cand se folosesc farurile), puterea consumatorilor poate depasi puterea generatorului. in acest caz, alimentarea consumatorilor se face simultan de catre ambele surse. De aceea bateria este legata cu generatorul in paralel prin bornele de aceeasi polaritate.

In instalatia electrica a automobilelor se foloseste, de obicei, curentul electric continuu, conditionat de existenta bateriei de acumulatoare care se incarca numai cu curent electric continuu.

La unele automobile, se folosesc generatoare de curent alternativ. Folosirea curentului electric alternativ simplifica constructia si reglajul generatorului si ii reduce greutatea, insa necesita un redresor.

Bateria de acumulatoare

Avand in vedere rolul bateriei de a asigura pornirea automata a motorului, si aprinderea amestecului carburant la motoarele eu aprindere prin scanteie precum st alimentarea consumatorilor in .regimul de turatii scazute ale motorului sau atunci cand acesta este april, cerintele acesteia sunt :

- sa posede o capacitate suficienta la dimensiuni de gabarit reduse;

- sa aiba un randament bun, astfel incat procesele de incarcare si descarcare repetate sa se produca cu pierderi cat mai mici ;

- sa suporte, fara a se deteriora, descarcari de scurta durata cu intensitati de curent foarte mari, necesare la pornirea motorului cu ajutorul demarorului electric;

- sa posede o constructie rezistenta la vibratiile produse de denivelarile drumului pe care circula automobilul.

Functionarea bateriei de acumulatoare se bazeaza pe fenomenele reversibile electrochimice care se produc in interiorul elementelor sale.

In functie de natura elementelor active, bateriile de acumulatoare sunt :

- cu placi de plumb si electrolit acid (baterii acide) ;

- cu placi de fero-nichel sau nichel-cadmiu si electrolit alcalin (baterii a1caline).

Generatorul de curent electric

Generatorul de curent electric constituie sursa principala de curent electric a automobilului. Prin functionarea generatorului o parte din energia mecanica disponibila la arborele motor este transformata in energia electrica cu care se alimenteaza toti consumatorii de curent.

La turatii mijlocii si mari ale motorului, surplusul de energie electrica furnizat de generator este inmagazinat de bateria de acumulatoare care in acest fel se incarca.

Conditiile pe care trebuie sa le indeplineasca generatorul de curent sunt :

- sa aiba o constructie simpla si o mare siguranta in functionare;

- sa posede o durata mare de serviciu;

- sa aiba un gabarit redus si o mare putere specifica raportata la 1 daN greutate.

Generatoarele de curent electric utilizate la automobile pot fi :

- de curent continuu (dinamuri);

- de curent alternativ (alternatoare).

Aparate pentru reglarea tensiunii si a curentului si de conectare cu bateria de acumulatoare

Cresterea turatiei face sa creasca in aceeasi masura tensiunea electromotoare, deci si tensiunea la bornele generatorului. Variatiile de tensiune produc perturbari in functionarea consumatorilor: o tensiune pre a mica poate descarca rapid bateria, iar o tensiune prea mare poate produce arderea lampilor din instalatia electrica si defectarea bateriei de acumulatoare. Cercetarile experimentale au dovedit faptul ca cresterea tensiunii generatorului peste valoare cu 10 -12 % reduce durata de serviciu a lampilor si a bateriei de acumulatoare de 2 sau 2,5 ori.

Pentru evitarea acestui fenomen, in circuitul generatorului este necesar sa se prevada un aparat special al carui rol este sa mentina tensiunea constanta prin varierea marimii fluxului magnetic de excitatie invers proportional cu turatia indusului. Acest aparat se numeste regulator de tensiune.

O alta marime caracteristica., a carei valoare intervine in functionarea generatorului, este intensitatea curentului debitat. Astfel, mentinand la bornele generatorului o tensiune constanta, intensitatea curentului debitat poate depasi valoarea admisibila atunci cand numarul consumatorilor alimentati simultan creste. o valoare prea mare a intensitatii curentului poate produce supraincalzirea si arderea izolatiei, a infasurarilor indusului si statorului, fapt ce scoate din functionare generatorul. De aceea, intre consumatori si generatorul de curent se introduce in circuit un aparat special, numit limitator de curent.

In functionarea generatorului de curent se mai intalneste si un alt fenomen care se manifesta in diferite regimuri de lucru ale motorului. Astfel, la turatia scazuta sau atunci cand motorul nu functioneaza, tensiunea electromotoare a generatorului este mai mica (sau nula) decat tensiunea electromotoare a bateriei de acumulatoare. In aceste conditii, in circuitul baterie si generator ia nastere un curent de descarcare a bateriei in generator. Acest curent de descarcare poate incalzi infasurarile generatorului pana la arderea izolatiei, descarcand, totodata, rapid si inutil bateria de acumulatoare.

In scopul preintampinarii acestui fenomen si pentru protejarea bateriei si a generatorului, in circuitul acestora se monteaza un an aparat special, numit conjunctor-disjunctor, care inchide circuitul generator-baterie numai atunci cand tensiunea electromotoare a generatorului este mai mare decat tensiunea electromotoare a bateriei de acumulatoare.

Toate aceste aparate - regulatorul de tensiune, limitatorul de curent si conjunctorul-disjunctor, pot fi montate intr-un corp compact, formand aparatul cunoscut, in constructia automobilelor, sub numele de releu regulator.

Baterii de acumulatoare cu placi de plumb

Principiul de functionare al bateriei de acumulatoare

Bateria de acumulatoare cu placi de plumb este compusa dintr-un anumit numar de elemente in serie. Un element este alcatuit dintr-un vas in care se gaseste electrolit si doi electrozi. Vasul se confectioneaza din materiale izolante : ebonita, bachelita, sau alt material plastic, iar electrolitul este preparat sub forma unei solutii de acid sulfuric in apa distilata. Electrozii sunt formati din gratare de plumb pe care s-a presat o masa activa. Pentru electrozii pozitivi masa activa este realizata din oxizi de plumb de culoare bruna, iar pentru cei negativi din particule foarte fine de plumb metalic, spongios, de culoare cenusie-argintie.

Procesul electrochimic pe a carui desfasurare se bazeaza functionara acumulatorului cuprinde doua faze distincte, si anume: descarcarea si incarcarea.

In figura 6.2 este reprezentata schema elementului unui acumulator cu plumb.

Fig. 1. Schema elementului unui acumulator acid cu plumb

a - descarcarea acumulatorului;

b - incarcarea acumulatorului

In starea incarcat (fig. 1. a), materia activa a electrodului pozitiv este formata din peroxid de plumb (PbO₂), iar cea a electrodului negativ, din plumb metalic spongios (Pb). Conectand bornele elementului la circuitul unui consumator electric exterior, acesta se comporta ca o sursa de curent continuu, curentul circuland in exterior de la electrodul pozitiv spre cel negativ, iar in interiorul elementului, in sens invers, adica de la electrodul negativ spre cel pozitiv. Trecerea curentului electric prin electrolit are ca efect disocierea moleculelor de acid sulfuric (SO₄H₂) in ioni de hidrogen atomic (H) si ioni de radical acid (SO₄) pe baza ecuatiei chimice:

SO₄H₂ → 2 H + SO₄

Ionii de hidrogen (2 H), fiind incarcati cu sarcina negativa, se vor indrepta spre electrodul pozitiv (anod), unde se vor combina cu peroxidul de plumb si cu moleculele ramase neutre de acid sulfuric, dupa relatia :

PbO₂ + 2 H + SO₄H₂ → SO₄Pb + 2 H₂O.

Ionii de radical acid (SO₄), fiind incarcati pozitiv, se vor indrepta spre electrodul negativ (catod), combinandu-se cu plumbul metalic, dupa relatia

SO₄ + Pb → SO₄Pb.

Din aceasta reactie se observa ca, prin descarcare, la ambii electrozi ai elementului acumulatorului se formeaza sulfat de plumb (SO₄Pb), care se depoziteaza pe suprafata placilor sub forma unor cristale mici.

Din insumarea relatiilor de mai sus rezulta reactia chimica globala de descarcare a acumulatorului, sub forma

PbO₂ + 2 SO₄H₂ + Pb → 2 H₂O + 2 SO₄Pb.

Odata cu formarea sulfatului de plumb, concentratia electrolitului scade, deoarece prin consumarea moleculelor de acid sulfuric ia nastere un numar egal de molecule de apa.

Pentru incarcare (fig. 1. b), bornele electrozilor acumulatorului se conecteaza la polii de acelasi fel al unei surse de curent continuu. In acest fel, curentul va strabate elementul in interior de la electrodul pozitiv catre cel negativ. Sub actiunea curentului, moleculele de acid sulfuric se vor disocia in acelasi mod ca si in timpul procesului de descarcare. De data aceasta, insa, ionii pozitivi de hidrogen (2 H) se vor deplasa catre electrodul negativ, in timp ce ionii radicalului acid vor fi atrasi de electrodul pozitiv.

La catod, ionii de hidrogen vor reduce sulfatul de plumb, refacand plumbul metalic al electrodului negativ, si vor reface concentratia electrolitului prin formarea acidului sulfuric dupa urmatoarea ecuatie chimica :

2 H + PbSO₄ → Pb + H₂SO₄

La anod, in reactia de combinare a ionilor de radical acid: cu sulfatul de plumb participa si apa, dupa reactia:

SO₄ + PbSO₄ + 2 H₂O → 2 H₂SO₄ + PbO₂.

Cumularea celor doua reactii are loc concomitent la cei doi electrozi si are ca rezultat reactia chimica globala a procesului de incarcare a acumulatorului :

2 PbSO₄ + 2 H₂O → 2 H₂SO₄ + PbO₂ + Pb.

Din analiza acestei reactii reiese faptul ca, in procesul de incarcare, se reface atat materia activa a celor doi electrozi − peroxidul de plumb si plumbul metalic − cat si concentratia electrolitului.

Prin urmare, concentratia electrolitului constitute un indicator prin a carui masurare se poate evalua starea de incarcare sau descarcare a bateriei de acumulatoare.

Caracteristicile electrice ale bateriei de acumulatoare cu placi de plumb.

Principalele caracteristici ale acumulatoarelor acide sunt : tensiunea la borne; capacitatea; randamentul.

Tensiunea la bornele bateriei de acumulatoare trebuie sa fie aceeasi, indiferent de marimea bateriei. In stare incarcata, tensiunea unui element al bateriei trebuie sa fie egala cu 2 V. De aceea, pentru obtinerea tensiunii de 12 V, cat se foloseste, de obicei, pentru alimentarea echipamentului electric al automobilelor, trebuie legate in serie un numar de sase clemente.

Valoarea tensiunii minime admise pentru un element este de 1,7 V; daca la bornele fiecarui element, tensiunea a scazut pana la aceasta valoare, bateria trebuie incarcata.

Daca, in procesul de incarcare, intreaga cantitate de sulfat de plumb de la anod s-a transformat in peroxid de plumb, iar la catod in plumb metalic, atunci, prin alimentarea in continuare cu curent a elementului, se produce numai electroliza apei din electrolit. Din element, se degaja gaze: hidrogen la anod si oxigen la catod, a caror cantitate creste pe masura ce se continua procesul de incarcare. Acest proces intens de degajare a gazelor dud se spune ca acumulatorul 'fierbe', marcheaza apropierea terminarii incarcarii bateriei. Tensiunea la borne in momentul 'fierberii' bateriei este de 2,4 V si ea poate creste pana la 2,7 V, cand incarcarea trebuie oprita, deoarece se consuma in mod inutil energie electrica.

In incaperile in care se efectueaza incarcarea bateriilor de acumulatoare, datorita degajarii acestor gaze usor inflamabile, este interzisa folosirea flacarilor deschise. .

Capacitatea bateriei de acumulatoare este cantitatea de energie electrica, care se obtine prin descarcarea sau incarcarea bateriilor de acumulatoare intr-un regim determinat, pana la limitele admisibile ale descarcarii sau ale incarcarii.

Capacitatea la descarcare sau la incarcare se masoara in mod conventional in amperi ore (Ah) si se calculeaza cu relatiile :

C_d = I_d ∙ t_d :

sau

C_i = I_i ∙ t_i,

in care:

I_d si I_i sunt valorile carentului la descarcare, respectiv la incarcare, iar t_d, si t_i timpii corespunzatori acestor valori

In mod conventional, s-a definit capacitatea nominala ca fiind capacitatea rezultata la o descarcare a bateriei de acumulatoare timp de 20 h. Regimul de descarcare prevede mentinerea constanta a valorii curentului (I_d = 0,05 C_d) la o temperatura a electrolitului de +27C si la o valoare finala a tensiunii la borne de 1.7 V pe element.

Capacitatea nominala a bateriei de acumulatoare, determinata in conditiile descrise mai sus, se noteaza in mod conventional cu C₂₀

Capacitatea reala a bateriei de acumulatoare variaza in functie de intensitatea curentului, temperatura si densitatea electrolitului. Astfel, temperatura ridicata favorizeaza descarcarile rapide. La cresterea temperaturii cu 1C, capacitatea ajunge sa creasca cu 2 %.

O influenta considerabila asupra capacitatii bateriilor de acumulatoare este exercitata si de cantitatea de materie activa folosita pentru confectionarea electrozilor.

Randamentul bateriei de acumulatoare se defineste prin raportul dintre capacitatea de descarcare si capacitatea la incarcare:

Ca orice sistem tehnic in care energia sufera transformari si in acumulator exista pierderi, cantitatea de electricitate cedata in timpul descarcarii fiind mai mica decat cea primita in timpul incarcarii.

De aceea, valorile practice ale randamentului acumulatoarelor cu placi de plumb pentru automobile sunt intre 0,70 si 0,75.

Constructia bateriei de acumulatoare cu placi de plumb

Bateria de acumulatoare cu placi de plumb reprezinta un ansamblu de elemente legate in serie astfel incit sa furnizeze o tensiune la borne de 6, 12 sau 24 V. Pentru ca bateria de 24 V sa nu fie voluminoasa, se practica legarea in serie a 90ua baterii a cate 12 V. In acest fel, se obtine si o micsorare a efortului fizic necesar pentru transportul si manipularea bateriilor.

Bateria de acumulatoare se compune dintr-un bac despartit in mai multe compartimente prin intermediul unor pereti. Fiecare compartiment reprezinta cate un element al bateriei si de aceea numarul compartimentelor corespunde numarului de elemente (3 sau 6), in functie de tensiunea bateriei.

In fiecare compartiment al bacului se afla un anumit numar de placi pozitive si negative, numarul celor negative fiind mai mare eu o unitate, astfel ca fiecare placa pozitiva este cuprinsa intre doua placi negative. Acest lucru se explica prin faptul ca placile pozitive care alcatuiesc anodul elementului, fiind solicitate mai mult, vor fi supuse unor reactii electrochimice egale pe ambele parti. in acest fel se va reduce tendinta de incovoiere a placilor pozitive si efectul de desprindere a masei active de pe suprafata lor.

Bacul de constructie monobloc este confectionat din materia Ie rezistente la actiunea acidului sulfuric: ebonita, bachelita sau materiale plastice. De asemenea, el trebuie sa posede o rezistenta termica si mecanica relativ mare.

Pentru a se asigura o capacitate mare a bateriei de acumulatoare fara a i se mari in mod nerational dimensiunile de gabarit, exista tendinta de crestere a suprafetei active a placilor. in acest scop, la acumulatoarele pentru automobile atat placile pozitive cat si cele negative se construiesc sub forma unui gratar din plumb cu adaos de 6 - 8 % Sb pentru a i se mari rezistenta mecanica. in celulele gratarului se preseaza, sub forma de pasta, masa activa care ia parte la procesele electrochimice din interiorul acumulatorului. Pasta este formata din oxizi de plumb sau pulbere de plumb tratat cu o solutie de acid sulfuric. Prin structura masei active se asigura placilor o anumita porozitate. Placile poroase pot acumula o cantitate de energie electrica mult mal mare decat daca placile ar fi netede, deoarece suprafata totala a porilor placii in contact cu electrolitul este cu mult mai mare decat suprafata unei placi netede de aceleasi dimensiuni.

Bateria de acumulatoare reprezentata in figura 2 este compusa din bacul 8, impartit prin peretii despartitori 13 in trei compartimente. In fiecare compartiment al bacului se gasesc un numar de placi pozitive si negative. Placile bateriilor de acumulatoare sunt executate sub forma de gratar din plumb, in care se introduce materia activa. Placile pozitive 3 slut des partite de cele negative 1 prin placile separatoare 2 ce impiedica scurtcircuitarea.

Fig. 2. Constructia bateriei de acumulatoare cu placi de plumb

Placile de acelasi semn sunt legate intre ele in paralel, formand un semibloc. Placile care formeaza un semibloc sunt lipite. de bareta (puntea) 14, prevazuta cu o borna. Semiblocul de placi pozitive 4 (7) si semiblocul de placi negative 5 Slut montate in asa fel ca sa alterneze o placa negativa cu una pozitiva, iar intre ele se introduc placile separatoare. Fiecare compartiment este inchis etans cu capacul 9 care se sprijina pe muchiile bacului. Capacul este prevazut eu trei orificii: prin doua trec borna negativa 6 si borna pozitiva 15 ale celor doua semiblocuri de placi, iar orificiul din mijloc, care se inchide cu busonul (dopul) 10, serveste la introducerea electrolitului. Pentru aerisirea acumulatorului (evacuarea gazelor), se prevad orificii speciale, care se gasesc in dopul 10.

Elementele ce compun bateria de acumulatoare sunt legate in serie, adica polul pozitiv al uneia se leaga la polul negativ al celeilalte, cu ajutorul puntilor de conexiune 11. Prin legarea in serie, capacitatea bateriei de acumulatoare ramane neschimbata si va fi egala cu capacitatea unui element, in schimb, tensiunea la borne creste proportional cu numarul elementelor.

Pentru a proteja placile si separatoarele la controlul nivelului si densitatii electrolitului, se utilizeaza ecranul 12 din material plastic.

Separatoarele permit trecerea ionilor care conduc curentul electric la reactiile electrochimice ce au lor in timpul functionarii. Ele sunt confectionate din lemn sau din material plastic.

In ultimul timp s-au facut incercari de utilizare a unor dopuri fara orificii de aerisire. Aceste dopuri sunt confectionate dintr-un material special (o mixtura ceramica cu adaos de paladiu) care poseda proprietatea de a forma apa din combinarea hidrogenului cu oxigenul ce rezulta in timpul reactiei de incarcare cand acumulatorul 'fierbe'. In acest fel se evita concentrarea electrolitului prin descompunerea apei, ceea ce prelungeste durata de functionare a bateriei. Totodata, se evita stropirea in exterior cu electrolit care deterioreaza puntile de conexiune si bornele; de asemenea, se evita deteriorarea bacului care poate avea lor atunci cand orificiile de aerisire ale dopurilor sunt infundate cu impuritati.

Bornele de iesire ale bateriei de acumulatoare pentru automobile sunt piese de forma tronconica, marcate cu semnul plus si minus si sudate de primul si de ultimul pol al grupurilor de placi.

Pentru a se evita montarea gresita a bateriei in circuitul instalatiei electrice, diametrul bornei pozitive este cu circa 2 mm mai mare decat al bornei negative.

Daca, totusi, bornele nu se pot distinge nici prin semnul polaritatii si nici prin dimensiunile lor, atunci montarea corecta a bateriei de acumulatoare se asigura prin urmatorul procedeu : se leaga borne Ie bateriei si se conecteaza instalatia de iluminare. Daca acul indicator al ampermetrului de pe tabloul de bard indica descarcarea bateriei de acumulatoare inseamna ca aceasta este montata corect.

Electrolitul este o solutie de acid sulfuric diluat cu apa distilata. Concentratia electrolitului este o marime ce caracterizeaza posibilitatile acumulatorului; ea se exprima in procente de acid sulfuric monohidrat, raportate la greutatea sau la volumul solutiei folosite.

Concentratia electrolitului se mal poate exprima intr-o marime conventionala, grade Beaum (^oB), intre a carei valoare si masa specifica exista o legatura exprimata prin urmatoarea relatie de conversiune:

,

in care d este masa specifica a electrolitului exprimata in g/cm3.

Concentratia electrolitului se stabileste in functie de starea si regimul de lucru al bateriei de acumulatoare, anotimp si clima.

Densitatea recomandata a electrolitului pentru bateriile de acumulatoare complet incarcate este de 1,28 g/cm³ vara si 1,3 -1,34 g/cm³ iarna.

Generatorul de curent continuu

Generatorul de curent continuu functioneaza pe baza fenomenului inductiei electromagnetice, curentul e1ectric luand nastere ca urmare a rotirii unor conductoare electrice intr-un camp magnetic.

Principiul de functionare a generatorului de curent continuu

Principiul de functionare a generatorului de curent continuu este reprezentat in figura 3. in care spira conductorului 2 se roteste in campul magnetilor 1 si 3.

Capetele spirei sunt legate la doua jumatati de inel 4 si 5 care se rotesc odata cu spira si sunt izolate intre ele, formand sistemul de colectare a curentului.

Fig. 3 Principiul de functionare a generatorului de curent continuu

Pe inelele colectoare sunt apasate, prin intermediul unor arcuri, periile 6 legate la circuitul exterior 7. Semiinelele colectoare, rotindu-se odata cu spira, vor veni in contact, pe rand, cu o perie sau cu cealalta. Astfel, peria din stanga este totdeauna in contact cu latura conductorului care trece prin polul nord, iar peria din dreapta cu acea parte a spirei care trece prin polul sud (pozitia periilor s-a stabilit in functie de sensul curentului indus). Prin rotire, spira taie liniile campului magnetic, ceea ce are ca efect inducerea unui curent in spira. Pe masura ce spira se roteste fata de pozitia orizontala (fig. 3. a), valoarea curentului indus scade, deoarece numarul de linii ale campului magnetic pe care le intalneste conductorul spirei este din ce in ce mai mic. Atunci cand unghiul de rotatie fata de pozitia initiala este de 90⁰ (fig. 3. b), tensiunea electromotoare indusa in spira este nula. Continuand rotirea, spira va incepe sa intersecteze din nou liniile campului magnetic. Ajungand din non in pozitie orizontala, adica rotindu-se cu 180⁰ fata de pozitia initiala (fig. 3. c), curentul indus va avea din nou valoarea maxima. Generatoarele automobilelor sunt antrenate de motor, in general, prin intermediul unei transmisii prevazute cu o curea trapezoidala.

Constructia generatorului de curent continuu. In figura 4. este reprezentata, schematic, constructia unui generator de curent continuu.

Fig. 4 Schema constructiva a generatorului de curent continuu

Dupa cum se observa in figura, in carcasa 7 sunt fixati doi magneti 2 pe care se bobineaza infasurarile de excitatie 1 formand inductorul. In centrul carcasei este dispus indusul format din miezul 3 in canalele caruia se afla sectiunile infasurarii indusului si colectorul 5.

Alimentarea cu curent a infasurarilor de excitatie se face de la periile 4 si 6 ale generatorului. Prin urmare, infasurarea de excitatie a inductorului este legata in paralel eu circuitul exterior al consumatorilor. o astfel de conexiune a infasurarii de excitatie se numeste in paralel sau in derivatie, iar generatorul poarta numele de generator autoexcitat in derivatie sau cu excitatie in paralel.

Partile principale ale generatorului de curent continuu (fig. 5.) sunt: statorul, rotorul, colectorul si periile.

Statorul sau inductorul este compus din carcasa 6, de forma cilindrica, in interiorul careia se afla polii S. Atat statorul cit si miezul polilor se confectioneaza din otel cu continut mic de carbon care favorizeaza aparitia magnetismului remanent necesar pentru autoexcitatia generatorului. Miezurile polilor sunt fixate de partea interioara a statorului cu ajutorul suruburilor 24.

Pe miezul polilor se infasoara bobinele de excitatie 7, confectionate din sarma de cupru legate in serie. Un capat al unei bobine este legat la masa prin surubul 23, iar un capat al celeilalte bobine este legat la borna 12 a generatorului. La ambele capete ale carcasei statorului se afla fixate, cu ajutorul tirantilor 21, capacele 3 si 19 pe care se sprijina, prin intermediul unor rulmenti, axul rotorului.

Rotorul (indusul) este compus din axul 9 pe care s-au fixat, prin presare, tolele de otel moale ce alcatuiesc miezul 10. Pentru micsorarea pierderilor de energie prin curenti turbionari, tolele sunt izolate intre ele in crestaturile tolelor este dispusa infasurarea 25 a indusului, constituita din sectiuni separate, ale caror capete sunt lipite intr-o anumita ordine la lamelele colectorului.

Arborele rotorului se roteste in lagarele cu rulmenti 5 si 20, montate in capacele 3 si 19, centrate si stranse de carcasa. Lagarele au asigurata ungerea prin gresoarele 4, fiind totodata etansate prin garnituri.

Antrenarea rotorului se realizeaza prin intermediul rotii .de cure a 1, fixata pe arborele indusului cu pana 26, piulita 27 si cuiul spintecat 28.

Colectorul 14 este format din placi de cupru fixate rigid pe arbore. Lamelele sunt izolate intre ele prin placute de micanita, izolarea lamelelor de arbore realizandu-se cu ajutorul unui tub confectionat, de asemenea, din micanita. Inelul colectorului trebuie sa aiba forma perfect rotunda, in caz contrar, generatorul nu va putea functiona normal. .

Periile 17si 22 au rolul de a face legatura intre colector si circuitul exterior. Periile trebuie sa calce cu toata suprafata lor pe colector si sa nu vibreze. In acest scop, ele sunt fixate in niste suporturi numite portperii.

Cele mai raspandite in constructia generatoarelor de automobile sunt portperiile cu reactie.

Suportul uneia din perii este legat la borna 13 izolata a generatorului, iar celalalt, la masa masinii.

In corpul statorului sunt prevazute ferestre care servesc pentru controlul functionarii si al starii periilor. Aceste orificii sunt acoperite cu un colier 15 asigurat cu surubul de strangere 16 al carui rol este de a proteja periile impotriva patrunderii impuritatilor.

Generatorul de curent este racit cu aer. In acest scop, ambele capete 3 si 19 ale statorului au orificii, iar roata de curea 1 este prevazuta cu palete orientate spre generator. Prin rotirea rotii, paletele antreneaza aerul pe care il refuleaza prin orificiile capacului 3 in interiorul generatorului, unde raceste infasurarile. Datorita racirii, prin infasurari poate circula un curent mai mare fara pericol de supraincalzire; in acest tel, se obtine un spor de putere a generatorului fara a fi necesara o majorare a dimensiunilor sale constructive.

Tensiunea generatoarelor de curent continuu corespunde celei a intregii instalatii electrice a automobilului, care este de 6, 12 sau 24 V.

Montarea generatorului pe motor se face cu ajutorul unor suporturi si al unor suruburi de fixare.

Generatorul de curent alternativ (alternatorul)

La automobilele moderne, numarul aparatelor electrice consumatoare de energie electrica a crescut considerabil, contribuind la marirea confortului si la sporirea sigurantei circulatiei. Pentru a satisface acest consum s-a extins utilizarea generatoarelor de curent alternativ (alternatoarelor).

Generatoarele de curent alternativ in comparatie cu generatoarele de curent continuu au o constructie mai simpla, au dimensiuni de gabarit si o greutate mai mica, sunt mai sigure in exploatare, incarca bateria de acumulatoare si la turatia de ralanti a motorului. Generatoarele de curent alternativ nu au colector, in locul infasurarii complicate a indusului utilizandu-se infasurarea simpla a statorului; infasurarea de excitatie se compune dintr-o singura bobina. Puterea specifica a generatoarelor de curent continuu nu depaseste 46 W /kg pe cand aceea a alternatoarelor atinge 100 W /kg.

Lipsa colectorului la generatorul de curent alternativ face posibila sporirea vitezei maxime de rotatie a rotorului pana la 12.000 rot/min. In acest fel se mareste viteza unghiulara a rotorului si atunci cand motorul functioneaza la turatii mici de mers in gol. De aceea, alternatoarele in acest regim de functionare a motorului dezvolta pana la 40% din puterea lor nominala, fapt ce imbunatateste incarcarea bateriei de acumulatoare si ii prelungeste durata de serviciu. Totodata, permite utilizarea unei baterii cu o capacitate mai redusa.

Deoarece, alternatorul produce curent alternativ, pentru alimentarea bateriei, transformarea acestuia in curent continuu se realizeaza cu redresorul. Datorita faptului di redresorul permite circulatia curentului numai intr-un singur sens, nu mai este necesara montarea releului de curent invers si a releului limitator de curent (reglarea intensitatii curentului efectuandu-se prin saturatia electromagnetica a alternatorului), ceea ce simplifica constructia generatorului si mareste siguranta sa in functionare. Functionarea generatorului de curent alternativ va fi asigurata in functie de variatiile de turatii si de sarcina de catre un singur releu regulator de tensiune.

Constructia si functionarea generatorului de curent alternativ. In figura 6. este reprezentata constructia unui generator de curent alternativ cu excitatie electromagnetica. Generatorul se compune dintr-un stator, un rotor si ansamblu de redresare a curentului.

Dupa cum reiese din figura, intre cele doua capace 1 si 13 este fixat, cu ajutorul unei tije filetate 7 miezul 10 al statorului, care de altfel constituie si conductorul magnetic.

Miezul 10, in scopul diminuarii fenomenului de incalzire produs de curentii turbionari, se confectioneaza din tole subtiri de otel izolate intre ele prin lacuire. In crestaturile interioare ale statorului se afla bobinele infasurarii 8 dispuse in trei faze legate in stea. Conductoarele de iesire ale infasurarii statorice sunt legate prin clemele 2, la sistemul de redresare 3, format dintr-un bloc de diode cu siliciu.

In timpul functionarii generatorului, in bobinele infasurarii statorului se induce o tensiune electromotoare, ceea ce are ca urmare scurgerea unui curent prin infasurarea de excitatie si in circuitul de conectare a consumatorului.

Rotorul, care reprezinta inductorul alternatorului, este format din mai multe piese polare ale caror capete 9 au forma unor gheare care inchid intre ele o infasurare de excitatie coaxiala cu arborele. Astfel, capetele jumatatii rotorului cu polaritatea magnetica nordica se imbina cu capetele celei de-a dona jumatati cu polaritate sudica. Rotorul se roteste pe doi rulmenti montati in locasurile prevazute in capacele alternatorului.

Bobina infasurarii 11 de excitatie este infasurata pe bucsa de otel 12 dispusa intre capetele pieselor polare. Ambele capete ale infasurarii sunt lipite la doua inele de contact 4 confectionate din cupru si montate pe bucse izolate.

Doua perii de grafit 4 ale generatorului de curent alternativ sunt montate in suporturile 6 si mentinute prin arcuri in contact permanent cu inelele colectoare. O perie este conectata la borna S, iar cea de-a dona, la corpul generatorului. Capetele 9 ale pieselor polare, camasa 12 si bucsele de izolare ale inelelor de contact 4 sunt montate, prin presare, pe suprafata striata a axului rotorului.

Capacele 1 si 13 ale generatorului sunt prevazute cu orificii care asigura circulatia fluxului de aer, antrenat de discul cu aripioare 14 al rotii de curea.

Pe capacul 1 este montata borna negativa, sub forma unui surub, si borna pozitiva, izolata de masa.

Surubul bornei pozitive este legat cu placa 16 (fig. 6. b) a bornelor pozitive ale celor trei diode cu conductibilitate directa. Placa de contact 15 a bornelor negative ale celor trei diode cu conductibilitate inversa este pusa in legatura printr-un an surub cu corpul alternatorului.

Modul de functionare a generatorului de curent alternativ

La inceputul functionarii generatorului, infasurarea de excitatie se alimenteaza de la bateria de acumulatoare cu curent continuu. In acest fel ia nastere campul magnetic. Prin invartirea rotorului sub fiecare bobina a statorului va trece prin alternanta cand polul nord, cand polul sud al rotorului. Ca urmare, fluxul magnetic care strabate crestaturile statorului isi modifica sensul si marimea, inducand in acest fel in bobinele statorului o tensiune electromotoare a carei valoare si sens sunt variabile.

Tensiunea electromotoare indusa da nastere unui curent alternativ trifazat, care, prin intermediul blocului de redresare, este transformat in curent continuu.

Pe masura ce viteza unghiulara a rotorului creste, cand tensiunea generatorului va fi mai mare decat tensiunea bateriei de acumulatoare, infasurarea de excitatie se va alimenta de la curentul produs chiar de generator.

In figura 6.10 este reprezentat alternatorul utilizat la automobilul ROMAN.

Statorul (fig. 6.11), sub forma de inel, este prevazut cu pachetul de tole statoric cu un numar de crestaturi in care se afla o infasurare trifazata cu legatura in stea, in care se induce tensiunea electromotoare. Capetele exterioare 1, 2, 3 ale infasurarii statorului sunt legate la puntea de redresare. Capetele interioare sunt legate in punctul 4, care formeaza centrul stelei bobinajului.

Rotorul (fig. 6.12), cu polii in forma de gheara, este format din dona parti simetrice. Infasurarea de excitatie 1 se ana pe rotor. Periile care freaca pe inelele colectoare 4, legate cu infasurarea de excitatie, sunt montate pe scutul colector. Axul rotorului este montat pe rulmentii cu bile din capacele alternatorului.

Antrenarea alternatorului se face printr-o roata de curea montata pe axul rotorului. Racirea se realizeaza cu ajutorul unui ventilator, montat pe alternator.

Redresarea curentului alternativ in curent continuu se realizeaza cu ajutorul a sase diode cu siliciu (trei diode pozitive 5 si trei diode negative 6), legate in punte trifazata (fig. 6.13). Suporturile diodelor au si rolul de a disipa caldura produsa in timpul functionarii. Liniaritatea curentului redresat este realizata de condensatorul 8 de 1 mF.

Alternatoarele utilizate la automobilele romanesti au urmatoarele caracteristici: 12 V si 500 W pentru DACIA 1300; 12 V si 530 W pentru OLTCIT; 24 V si 590 W pentru autocamioanele ROMAN; 24 V si 1 500 W pentru autobuzele ROMAN.

RELEUL REGULATOR DE TENSIUNE

Releul regulator de tensiune are rolul de a mentine constanta tensiunea la bornele generatorului de curent, independent de turatia motorului sau de sarcina generatorului.

Ca o consecinta a mentinerii tensiunii generatorului de curent la o valoare constanta, intensitatea curentului de incarcare a bateriei de acumulatoare scade pe masura ce aceasta se incarca, reducandu-se la zero atunci cand aceasta este complet incarcata. De asemenea, regulatorul de tensiune corecteaza valoarea curentului debitat de generator in functie de anotimp, micsorand curentul de incarcare a bateriei vara, cand bateria se incarca mai usor, si marindu-l iarna, cand bateria, avand o temperatura scazuta, se incarca mai greu.

Pentru a mentine tensiunea constanta cand turatia variaza, va trebui scazut fluxul magnetic intr-un raport invers proportional cu turatia. Fluxul magnetic fiind produs de curentul care trece prin infasurarea de excitatie a polilor statorului, rezulta ca pentru a obtine un flux mic trebuie redus curentul de excitatie. Aceasta diminuare a curentului de excitatie se obtine prin legarea in serie cu infasurarea de excitatie a unei rezistente suplimentare. Releul regulator de tensiune cel mai utilizat la autovehicule este un releu electromagnetic de tip vibrator (DACIA 1300, ARO 240).

Releul regulator de tensiune electromagnetic este prevazut cu electromagnetul 1, montat pe un suport, contactul mobil 2 si contactele fixe 3 si 4, corespunzatoare celor doua trepte de tensiune; distanta dintre contactul mobil si cele fixe se regleaza cu ajutorul unor suruburi. Contactul mobil este montat pe armatura electromagnetului al carui intrefier se regleaza cu arcul lamelar 5.

Infasurarea electromagnetului este legata cu un capat la racordul dintre contactul fix 4 al treptei a II-a si rezistenta de protectie Rp (un fir calibrat), iar cu celalalt la rezistenta de compensatie termica Rcp, care se racordeaza intre contactul fix 3 al treptei I si al rezistentei de reglare R' conectata la borna (+)D a releului; in serie cu rezistenta Rr se leaga rezistenta pentru stingerea scanteilor dintre contacte Rs (racordata la masa). Rezistenta Rr este si ea legata la masa. Releul mai este prevazut cu borna DF in legatura cu contactul mobil. Protectia releului impotriva stropirii sau socurilor este asigurata de un capac din ebonita cu garnitura.

Bornele releului (+)D si DF se conecteaza la bornele respective ale alternatorului 6, iar borna de masa la aceeasi borna a alternatorului, in circuit cu bateria de acumulatoare 7.

Functionare. Initial, infasurarea de excitatie a alternatorului este alimentata de bateria de acumulatoare prin contactele treptei I (mobil 2 si fix 3) ale releului de tensiune; curentul de excitatie va avea valoarea maxima pentru ca este eliminata din circuit rezistenta de reglare Rr.

La cresterea turatiei, creste si tensiunea la bornele alternatorului (+)D si (-) D, iar curentul care trece prin infasurarea electromagnetului va magnetiza miezul sau din fier moale si va atrage armatura cu contactul mobil pe care-l desface de contactul fix 3. Astfel, curentul de excitatie va trece prin rezistenta de reglare Rr, reducandu-i-se intensitatea si mentinand o tensiune constanta la bornele alternatorului.

Daca turatia motorului creste, se va ivi tendinta de crestere a tensiunii si la generator; contactul mobil va fi tras prin armatura de electromagnet si mai mult, conectandu-l cu contactul fix 4 (treapta a II-a), si se va scurt-circuita infasurarea de excitatie a alternatorului. Tensiunea scade si arcul lamelar 5 indeparteaza contactul mobil 2, alimentandu-se din non excitatia generatorului. Fenomenul se repeta cu o mare frecventa (150 -250 per/s), pentru care motiv mai este numit si releu vibrator, mentinand la bornele generatorului o tensiune de 12,5-14,5 V, la o turatie maxima de lucru de 10. 000 rot/min, iar curentul maxim 36 A. .

S-a constatat ca ameliorarea sigurantei in functionare si marimea duratei de serviciu a contactelor se poate obtine prin limitarea intensitatii curentului in circuitul de excitatie al generatorului pana la 1,7 -1,8 A.

Regulatoarele de tensiune cu releu electromagnetic de tip vibrator prezinta dezavantajul uzurii prin oxidare si eroziune a contactelor, precum si limitarea curentilor de excitatie, care nu pot avea o valoare prea mare. Prin combinarea regulatoarelor de tensiune cu releu electromagnetic cu elemente tranzistorizate s-a obtinut o reducere substantiala a curentului prin contacte. De asemenea, se construiesc si regulatoare de tensiune la care transistoarele inlatura complet intreruperea curentului prin contacte.

Automobilele ROMAN si in ultimul timp si DACIA 1300 si ARO folosesc regulatoare de tensiune cu relee electronice.

Alternatoarele de pe automobilele ROMAN functioneaza cu un regulator de tensiune electronic (fig. 6.15), care intrerupe temporar curentul de excitatie cand tensiunea la bornele alternatorului tinde sa creasca. La cresterea tensiunii alternatorului peste o anumita limita, dioda stabilizatoare Dz₁ determina cresterea tensiunii de polarizare a tranzistorului de comanda T₁ care, in felul acesta, va intra in conductie. In acest caz, tensiunea de polarizare a tranzistorului de putere T scade, ceea ce duce la blocarea acestuia si, prin urmare, la intreruperea curentului de excitatie. La scaderea tensiunii, dioda stabilizatoare Dz, revine in starea initiala, cand tranzistorul de comanda se blocheaza, iar tranzistorul de putere T₂ permite iar trecerea curentului de excitatie. Termistorul TM serveste la compensarea variatiei tensiunii datorita variatiilor de temperatura.