Надійний запуск двигуна легкового автомобіля взимку іноді може перетворитися в проблему. Особливо актуальне це питання для потужної автотракторної техніки сільгосппідприємств, дорожньо-комунальних служб, які експлуатують її в умовах безгаражного зберігання. Цього не станеться, якщо під рукою буде електронний помічник, виготовити який може радіоаматор середньої кваліфікації.
- підзарядка акумуляторної батареї протягом 10-20 секунд;
- спільна "розкрутка" двигуна.
Прийнятна частота обертання стартера зберігалася 3-5 секунд, а потім різко знижувалася. Якщо двигун не завівся з першої спроби, доводилося повторювати все спочатку. Отже, кілька разів. Ця процедура не тільки втомлює, але і не бажана з двох причин:
веде до перегріву стартера і його підвищеного зносу;
знижує термін служби акумулятора (взимку стартерні струми легкових автомобілів досягають 250 А. Вони викликають деформацію акумуляторних пластин, відшарування активної речовини і т.д.).
І справа тут не тільки в тому, що акумуляторна батарея "не першої свіжості". Як відомо з літератури (Н.М. Ільїн, Ю.Л. Тимофєєв, В.Я. Ваня. Електрообладнання автомобілів. М. Транспорт, 1982 г.), розрядна ємність залежить не тільки від терміну служби акумуляторів, але і температури електроліту. Номінальна ємність гарантується ТУ при температурі електроліту + 25 ° С. Зі зниженням температури збільшується в'язкість електроліту, що призводить до зменшення розрядної ємності приблизно на 1% на кожен градус зниження температури. Таким чином, навіть нова акумуляторна батарея взимку значно втрачає свої "пускові" можливості.
Уникнути зазначених недоліків можна тільки в тому випадку, якщо потужність пускового пристрою буде достатньою для самостійного (без допомоги акумулятора) запуску холодного автомобіля. Це дозволить також суттєво продовжити активний термін служби акумуляторної батареї.
Спробуємо, приблизно, оцінити параметри такого пускового пристрою. Як відомо з літератури [1], в стартерном режимі робочий струм акумулятора:
Iр = 3 × С20, А,
де С20 - номінальна ємність батареї (А · год). Напруга в стартерном режимі на кожному акумуляторі має бути не нижче 1,75 В. Таким чином для 12- вольтової батареї:
Uр = 6 × 1, 75 В = 10,5 В,
де Uр - мінімальна робоча напруга акумуляторної батареї в стартерном режимі, В.
Звідси потужність, що підводиться до стартера:
РСТ = Uр × Iр, Вт.
Наприклад, якщо на легковому автомобілі встановлена акумуляторна батарея 6 СТ-60, то потужність, що підводиться до стартера, складе:
РСТ = 10,5 · 3 · 60 = 1890 (Вт).
Винятком з цього правила є акумуляторна батарея 6 СТ-55, струм стартера якої становить: Iр = 255 А, а потужність, що підводиться до стартера може скласти:
РСТ = 10,5 В · 255 А = 2677,5 Вт.
Використовуючи дані таблиці 1, можна розрахувати потужність, що підводиться до стартера будь-якого автомобіля. При цьому потужності забезпечується така частота обертання колінчастого вала (40-50 об / хв - для карбюраторних двигунів і 80-120 об / хв - для дизельних), яка гарантує надійний запуск двигуна.
Зіставляючи дані таблиці № 1 і розрахунки, наведені вище, можна зробити кілька висновків:
- для більшості легкових автомобілів, реальна потужність, що підводиться до стартера, перевищує його номінальну (паспортну) потужність в 2-2,5 рази і становить:
1900 ≤ Рст ≤ 2700 [Вт];
- для вантажних автомобілів з карбюраторними двигунами цей показник може бути ще вище:
2400 ≤ Рст ≤ 3310 [Вт];
- для автомобілів з дизельним двигуном:
РСТ = 2 · 10,5 · 570 = 11970 [Вт],
(У них дві батареї 6 СТ - 190 включені послідовно).
При розрахунку понижуючого трансформатора пускового пристрою необхідно врахувати втрати на випрямному блоці, підвідних проводах, окислених контактних поверхнях сполучних кліщів і висновках стартера. Як показав досвід, потужність понижуючого трансформатора пускового пристрою для легкового автомобіля повинна бути не менше РТР = 4 кВт.
За основу була взята схема, наведена в [2], але з більш потужним трансформатором Т1. (Див рис. 1).
Рис.1 Схема однофазного пускового пристрою.
Scт = 27 см2, Scт = а × в (Scт - площа перерізу магнітопроводу, см2)
Рис.2 а, б Магнитопровод
Кількість витків на 1 В робочої напруги розраховувалося за формулою:
Число витків первинної обмотки трансформатора склало:
W1 = 220 · Т = 220 · 30/27 = 244;
W2 = W3 = 16 · Т = 16 · 30/27 = 18.
Первинна обмотка намотана дротом ПЕТВ Ø 2,12 мм, вторинна - алюмінієва шина перетином 36 мм 2. Вимикач SА1 типу АЕ - один тисячі тридцять один (з вбудованим тепловим захистом) на струм 25 А. Діоди VD1, VD2 типу Д161-250.
Амплітуда магнітної індукції в осерді трансформатора Вм = 1,7 Тл. Струм холостого ходу при таких значеннях Вм досягає значень IХХ = 3,5 А, що знижує ККД трансформатора. Однак тут необхідно взяти до уваги таку обставину. Робочий струм в первинній обмотці трансформатора I1 в момент запуску може досягати значень 18-20 А, викликаючи падіння напруги в підвідних проводах освітлювальної мережі на 15-20 В. Таким чином, до первинної обмотці трансформатора буде додано не 220 В, а 200 В. Це знижує величину Вм і струм холостого ходу, що збільшує ККД трансформатора в момент пуску.
Для бажаючих самостійно розрахувати параметри понижувального трансформатора можна скористатися методиками, викладеними в [2], [3].
Кілька порад про підготовку тороїдального сердечника. Статор, що вийшов з ладу електродвигуна звільняють від залишків обмотки. За допомогою гостро заточеного зубила і молотка вирубують зубці статора. Зробити це не складно, тому що залізо м'яке, але потрібно скористатися захисними окулярами і рукавицями. Потім з металевого прута Ø 7-8 мм готують дві П-подібні скоби, якими сердечник трансформатора буде кріпитися до рамки-основи. На обох кінцях скоб нарізують різьблення під гайки М6. З металевої стрічки, товщиною 3-4 мм і шириною 18-20 мм, зігнутою П-образно, готують рукоятку трансформатора. Краї П-образної пластини додатково згинають назустріч один одному, отримуючи "язички" довгою 5-8 см, до яких буде кріпитися дерев'яна рукоятка. З цією метою в "язичках" просвердлюють отвори Ø 7 мм. Дві скоби і металеву частину рукоятки обмотують шаром тканини, просоченої епоксидною смолою і приклеюють до внутрішньої частини тороїда: рукоятку вгорі, скоби внизу на Незнач-ром відстані один від одного. Весь сердечник також покривають одним-двома шарами тканини, просоченої епоксидною смолою. Після висихання епоксидної смоли, приступають до намотування обмоток. Первинну обмотку мотають першої, рівномірно розподіляючи по всьому периметру. Після виконання первинної обмотки, трансформатор включають в мережу і вимірюють струм холостого ходу, який не повинен перевищувати 3,5 А. Необхідно пам'ятати, що при Вм = 1,7 Тл сердечник близький до насичення, а тому, навіть незначна зміна числа витків буде приводити до істотної зміни струму IХХ первинної обмотки.
Перед намотуванням вторинної обмотки в металевій частині рукоятки збоку свердлять отвір під болт М12, який буде служити висновком від середньої точки обмотки і одночасно "плюсовій" клемою. Показане на схемі з'єднання випрямних діодів дозволяє використовувати металеві елементи рамкі- підстави пускового пристрою не тільки для кріплення діодів, але і якості тепловідводу без діелектричних прокладок.
Висновки вторинних полуобмоток з'єднають з "плюсовою" клемою, витки рівномірно розподіляють по всьому периметру сердечника. При укладанні використовують дерев'яний молоток.
Далі за допомогою зварювання готують рамку-підставу. Для цього використовують металеві прутки Ø 10-12 мм. З одного боку рамки на алюмінієвій або мідній пластині товщиною 3-4 мм кріплять випрямні діоди. Тут же свердлять отвір під болт М12, який буде служити "мінусом" пристрою. На іншій стороні рамки приварюють відрізок кутника і кріплять до нього вимикач SА1.
Тепер про проводах, що з'єднують пусковий пристрій з стартером. Будь-яка недбалість у їх виготовленні може "звести нанівець" всі ваші зусилля. Покажемо це на конкретному прикладі. Нехай опір Rпр всього з'єднувального тракту від випрямляча до стартера дорівнюватиме: Rпр = 0,01 Ом, тоді при струмі Iр = 250 А падіння напруги на проводах складе:
Uпр = Iр · Rпр = 250 А = 0,01 Ом = 2,5 В;
потужність втрат на проводах:
Рпр = Uпр · Iр = 625 Вт.
В результаті до стартера в робочому режимі буде підведена напруга не 14 В, а 11,5 В, що, звичайно ж, небажано. Отже, довжина сполучних проводів повинна бути якомога менше (l ≤ 1,5 м), а площа поперечного перерізу, як можна більше (Sп ≥ 100 мм 2). Проводи повинні бути багатожильними мідними в гумовій ізоляції. Для зручності, з'єднання зі стартером робиться роз'ємним за допомогою кліщів або потужних затискачів, що застосовуються в якості власників електродів для побутових зварювальних апаратів. Загальний вигляд однофазного пускового пристрою показаний на рис.3.
Рис.3 Загальний вигляд однофазного пускового пристрою.
Викладена методика розрахунку пускового пристрою є універсальною і може бути застосована до двигунів будь-якої потужності. Продемонструємо це на прикладі стартера СТ-222 А, що застосовується на тракторах Т-16, Т-25, Т-30 Володимирського тракторного заводу.
Основні відомості про стартері СТ-222 А:
номінальна напруга - 12 В;
номінальна потужність - 2,2 кВт;
тип акумуляторної батареї - 2 × 3СТ-150.
Iр = 3 · С20 = 3 · 150 А = 450 А,
Потужність, що підводиться до стартера складе:
РСТ = 10,5 В · 450 А = 4725 Вт.
З огляду на потужність втрат:
Рп = 1-1,3 кВт.
Потужність трансформатора пускового пристрою:
РТР = Рст + Рп = 6 кВт.
Перетин муздрамтеатру Scт = 46-50 см2. Щільність струму в обмотках беруть рівною:
j = 3 - 5 А / мм 2.
Короткочасний режим роботи пускового пристрою (5-10 секунд) допускає його використання в однофазних мережах. Для більш потужних стартерів трансформатор пускового пристрою повинен бути трифазним. Розповімо про особливості його конструкції на прикладі пускового пристрою для потужного дизельного трактора "Кіровець" (К-700, К-701). Його стартер СТ-103А-01 має номінальну потужність 8,2 кВт при номінальній напрузі 24 В. Потужність трансформатора пускового пристрою (з урахуванням втрат) складе:
РТР = 16 - 20 кВт.
Спрощений розрахунок трифазного трансформатора виробляють з урахуванням рекомендацій, викладених в [3]. Якщо є можливість, можна скористатися промисловими знижувальними трансформаторами типу ТСПК-20А, ТМОБ-63 і ін. Підключаються до трифазної мережі напругою 380/220 В і вторинною напругою 36 В. Такі трансформатори застосовуються для електрообігріву підлог, приміщень в тваринництві, свинарстві та т. д. Схема пускового пристрою на трифазному трансформаторі виглядає наступним чином (див рис.4).
Рис.4 Пусковий пристрій на трифазному трансформаторі.
МП - магнітний пускач типу ПМЛ-4000, ПМА-4000 або подібні до них для комутації пристроїв потужністю 20 кВт. Пускова кнопка SВ1 типу КУ-121-1, КУ-122-1М і т.д.
Тут застосований трифазний однополуперіодний випрямляч, що дозволяє отримати напруга холостого ходу 36 В. Його підвищене значення пояснюється застосуванням більш довгих кабелів, що з'єднують пусковий пристрій з стартером (для великогабаритної техніки довжина кабелів досягає 4 м). Застосування трифазного трансформатора дає більш широкі можливості для отримання необхідного напруги пускового пристрою. Його значення можна змінювати, включаючи обмотки "зіркою", "трикутником", застосовувати однонапівперіодне або двохнапівперіодне (схема Ларіонова) випрямлення.
На закінчення кілька загальних порад і рекомендацій:
- Застосування тороїдальних трансформаторів для однофазних пускових вуст-влаштування не обов'язково і продиктовано їх кращими масово-габаритними показниками. Разом з тим, технологія їх виготовлення найбільш трудомістка.
- Розрахунок трансформатора пускового пристрою має деякі особливості. Наприклад, розрахунок кількості витків на 1 В робочої напруги за формулою: Т = 30 / Sст. пояснюється бажанням "видавити" з муздрамтеатру максимум можливого на шкоду економічності. Це виправдано його короткочасним (5-10 секунд) режимом роботи. Якщо габарити не грають вирішальної ролі, можна використовувати більш щадний режим, провівши розрахунок за формулою: Т = 35 / Sст. Перетин муздрамтеатру беруть на 25-30% більше.
- Потужність, яку можна "зняти" з наявного тороїдального сердечника, приблизно дорівнює потужності трифазного асинхронного електродвигуна, з якого виготовлений цей сердечник. Якщо потужність двигуна не відома, то її можна приблизно розрахувати за формулою:
Рдв = Ѕст × Ѕок,
де Рдв - потужність двигуна, Вт; Ѕст - площа перерізу магнітопроводу, см2 Ѕст = а × в Ѕок - площа вікна муздрамтеатру, см2 (див рис.2)
Ѕок = 0,785 · D2
- Сердечник трансформатора до рамки-основи кріпиться двома П-образними скобами. За допомогою ізолюючих щайб необхідно уникнути появи ко-роткозамкнутого витка, утвореного скобою з рамкою.
- З огляду на, що напруга холостого ходу в трифазному пусковому пристрої вище 28 В, пуск двигуна проводиться в такій послідовності:
1. З'єднати кліщі пускового пристрою з висновками стартера.
2. Водій включає стартер.
3. Помічник натискає на пускову кнопку ЅВ1 і після стійкої роботи двигуна відразу її відпускає.
- При використанні потужного пускового пристрою в стаціонарному варіанті за вимогами ТБ його необхідно заземлити. Рукоятки сполучних кліщів повинні бути в гумовій ізоляції. Щоб уникнути плутанини "плюсову" кліщ-ню бажано помітити, наприклад, червоною ізоляційною стрічкою.
- При пуску акумуляторну батарею можна і не відключати від стартера. В цьому випадку кліщі приєднують до відповідних висновків акумулятора. Щоб уникнути перезарядки акумулятора, пусковий пристрій після запуску двигуни-ля відключають.
- Для зменшення магнітного розсіювання, вторинні обмотки трансформатора краще намотувати першими на сердечник, а потім намотують первинну обмотку.
Робіть саморобки своїми руками як ми, робіть краще нас!