8/3/2019 Curs EEEA

1/77

1

SORIN ENACHE

ECHIPAMENTE ELECTRICE

I ELECTRONICEPENTRU AUTOVEHICULE

NOTIE DE CURS

ANUL III ELECTROMECANIC

8/3/2019 Curs EEEA

2/77

2

1. Noiuni generale

1.1. Echipamentele electrice #i electronice ale autovehiculelor. Rol. Clasificare

Echipamentele electrice i electronice ale autovehiculelor reprezint# o component#

important# de care depinde buna func'ionare a acestora, caracterizat# prin randament maxim,consum de combustibil i nivel de poluare minime.Pentru ca parametrii aminti'i s# se ncadreze n normele stabilite de firmele constructoare

i de organismele interna'ionale, pentru a nlocui anumite echipamente electrice sau pentru arealiza func'ii noi, a fost necesar# introducerea masiv# a electronicii.

Rolul echipamentelor electrice i electronice ale autovehiculelor rutiere este urm#torul:a) asigur# func'ionarea motorului cu ardere intern# (ex. sistemul de pornire electric#,

sistemul de aprindere electric# i electronic#, sistemul de injec'ie a combustibilului cu comand#electronic#);

b) asigur# securitatea activ# a autovehiculului (ex. sistemul de iluminat electric, sistemulde semnalizare acustic i luminos, sistemul de cur#'ire a parbrizului, sistemul de antiblocare -

ABS etc);c) asigur# m#rirea confortului n conducerea autovehiculului (ex. comanda sistemului dedirec'ie cu servomotor, comanda suspensiei, transmisiile automate, comanda pentru rulare cuvitez# constant#, instala'iile de condi'ionare a aerului).

d) asigur# supravegherea func'ion#rii diferitelor subansamble ale autovehiculului (ex.sistemul de control electric i electronic, sistemul de semnalizare, sistemul complex deinformare).

Echipamentul electric si electronic al autovehiculului se clasific# n sisteme carefunc'ioneaz# independent i ndeplinesc anumite func'ii. Sistemul care unete toate sistemelecomponente ale echipamentului electric al autovehiculului este sistemul de alimentare cu energie

electric#.Clasificarea acestor echipamente cuprinde:- sistemul de alimentare cu energie electric#;- sistemul de aprindere;- sistemul de pornire;- sistemul de control electric i electronic;- sistemul de iluminat electric;- sistemul de semnalizare i avertizare;- sistemul electric i electronic auxiliar;- sistemul electric i electronic special.

Observaie

Toate aceste sisteme se interconecteaz# realizndu-se astfel instala'ia electric# general#.Interconectarea se face de obicei n cadrul unui singur circuit general, n care to'i consumatoriisunt alimenta'i de la sistemul de alimentare cu energie electric#.

Din motive economice, n prezent se utilizeaz# scheme electrice monofilare, nchidereacircuitului realizndu-se prin masa metalic# a autovehiculului. Polaritatea utilizat# este cu borna(-) la asiu (masa autovehiculului).

8/3/2019 Curs EEEA

3/77

3

Conductoarele electrice ale autovehiculelor se mpart n conductoare de joas# tensiune iconductoare de nalt# tensiune. Ambele tipuri de conductoare trebuie s# ndeplineasc# o serie decondi'ii i anume:

- s# reziste la solicit#ri mecanice, vibra'ii, loviri, frec#rii, flexiuni repetate;- s# reziste la temperaturi sc#zute, care afecteaz# calitatea materialelor izolante;

- s# reziste la temperaturi ridicate (condi'ii specifice climatului tropical), avndu-se nvedere n special cablajul din compartimentul motor;- s# reziste la ac'iunea uleiului, benzinei i motorinei.

Pentru alegerea sec'iunii conductoarelor se folosete ca i criteriu principal cel al c#deriiadmise de tensiune iar apoi se face verificarea nc#rc#rii maxim admise cu criteriul termic.

Indiferent de rezultatul calculului de dimensionare, din considerente mecanice, nu se

utilizeaz# dect conductoare din cupru multifilar cu sec'iunea de cel pu'in 0,5 2mm .Pentru a facilita fixarea conductoarelor, n func'ie de traseul de pe autovehicul, acestea se

grupeaz# n m#nunchiuri (fascicule) numite cablaje sau cabluri.Conductoarele sunt strnse i protejate prin nf#urarea cu band# sau sunt introduse n

tuburi care sut executate de obicei din mas#plastic#.Fixarea cablajelor pe autovehicul se face cu ajutorul scoabelor, clemelor, garniturilor imanoanelor. Fixarea corect# i sigur# a conductoarelor n manoane evit# deteriorarea acestoradatorit# vibra'ilor. Ramurile care ies din manoane se racordeaz# (mbin#) cu diferitele aparate,subansamble sau restul schemei prin intermediul prizelor (mufelor) mono sau multipolareconfec'ionate din materiale plastice.

1.2. Condiii generale de funcionare ale echipamentelor electrice #i electronice aleautovehiculelor

Aparatele electrice i electronice care constituie echipamentul autovehiculelor rutiere

prezint# particularit#'i constructive i func'ionale datorit# condi'iilor de func'ionare diferite decele ale echipamentelor de acelai tip utilizate n instala'ii stabile. Aceste particularit#'i suntlegate, pe de o parte, de condi'iile climatice ale mediului i de modul de exploatare, iar pe de alt#parte de func'ionarea aparatelor n ansamblul instala'iei electrice aflate pe autovehicul.

1.2.1. Condiii datorate mediuluii modului de exploatarea) Temperatura mediului ambientSe consider# c# temperatura nominal# de func'ionare a echipamentelor electrice i

electronice este de 20 C05 . Pe autovehicule aceast# temperatur# variaz# ns# ntr-o plaj#extrem de larg#.

Varia'ia temperaturii se datoreaz# n primul rnd varia'iei temperaturii corespunz#toare

anotimpurilor (iarn#, var #), precum i radia'iei termice a motorului i a razelor solare icondi'iilor de ventila'ie. Domeniul de temperatur# n care trebuie s# func'ioneze echipamentele

electrice i electronice este C00 4540 cu valori sensibil mai ridicate n compartimentulmotor, n domeniul temperaturilor pozitive.

b) Umiditatea relativ n timpul exploat#rii echipamentului electric i electronic alautovehiculelor este cuprins# ntre 10% i 80%. ncerc#rile acestora se realizeaz# la o valoare aumidit#'ii de %395 , dup# care se verific# rezisten'a de izola'ie i capacitatea de func'ionare.

8/3/2019 Curs EEEA

4/77

4

Pentru echipamentele destinate regimurilor cu climat tropical umed sau uscat, se asigur#func'ionarea i se prev#d ncerc#ri la ac'iunea c#ldurii umede, cea'#, mucegai, microorganisme iradia'ii solare.

c)Protecia mpotriva ptrunderii corpurilor strineAvnd n vedere locul de montare pe autovehicul i categoria de drum utilizat,

echipamentele electrice i electronice sunt expuse p#trunderii corpurilor str#ine: praf, noroi, ap#.Pentru protec'ia mpotriva p#trunderii corpurilor str#ine se utilizeaz# diferite execu'ii. Daracestea sunt limitate de necesitatea realiz#rii unei ventila'ii corespunz#toare pentru asigurareatemperaturii nominale de func'ionare.

d) Echipamentele electrice i electronice sunt expuse i solicitrilor mecanice datorit#vibra'iei caroseriei i motorului. Verificarea acestora la vibra'ii se face la frecven'# fix# sau lafrecven'# variabil#, apropiat# de frecven'a de rezonan'# pe autovehicul. ncerc#rile la ocuri sefac n general cu frecven'e mici i amplitudini mari.

1.2.2. Condiii determinate de funcionarea n ansamblu a instalaiei electrice

a)Condiii legate de unificarea elementelor componente Nivelul tensiunii de alimentare - n general, se prescriu urm#toarele tensiuni de lucru:

6 V pentru motociclete, 12 V pentru autovehicule normale i 24 V pentruautovehicule de puteri mari i speciale.

Legarea la mas# - n prezent se utilizeaz# aproape n exclusivitate legarea la mas# a polului negativ, din motove de unificare cu legare la mas# a aparatelor electronice(relee, regulatoare, tahometre, relee de semnalizare, radio recep'ie etc.).

Sensul de rota'ie al pieselor mobile ale echipamentului electric (privite din parteaantren#rii) este recomandat s# corespund# sensului de rota'ie al acelor de ceasornic(pentru ruptor distribuitor sensul de rota'ie se stabilete privind dinspre capac).

Regimul de lucru al aparatelor se stabilete n func'ie de destina'ia acestora, astfel,acestea se mpart n aparate cu regim de lung# durat# (sistemul de aprindere, dealimentare cu energie electric#, l#mpile, motoarele electrice etc.), cu regimintermitent de scurt# durat# (demaroarele, bricheta electric#, sp#l#torul de parbrizetc.).

b) Condiii privind creterea duratei de funcionare a echipamentului electricIzola'ia echipamentelor electrice utilizate pe autovehiculele rutiere trebuie s#-i p#streze

propriet#'ile dielectrice n timpul func'ion#rii, sub ac'iunea factorilor externi: umiditate,temperatur# etc. De aceea se impun condi'ii privind rezisten'a de izola'ie i rigiditateadielectric#, care sunt severe n special pentru sistemul de aprindere.

Problema m#rimii duratei de func'ionare a echipamentelor electrice i electronice pentruautovehicule rutiere este extrem de complex# avndu-se n vedere diversitatea mare a cauzelorcare concur# la producerea defec'iunilor.

c) Condiii pentru creterea securitii i siguranei circulaiei

Aceste condi'ii vizeaz# prescrip'iile impuse de anumite organisme interna'ionale nfunc'ionarea sistemelor electrice ale autovehiculelor (sistemul de iluminat, sistemul desemnalizare acustic# i vizual# etc.) precum i introducerea unor func'ii i sisteme electronice noicare s# asigure aceste deziderate (servodirec'ia ABS).

8/3/2019 Curs EEEA

5/77

5

2. Sistemul de alimentare cu energie electric)

2.1. Clasificare

Sistemul de alimentare cu energie electric# reprezint# totalitatea echipamentelor electricei electronice care furnizeaz# energia electric# necesar# consumatorilor din cadrul instala'ieielectrice a autovehiculului.

La autovehiculele rutiere se utilizeaz# sistemele de alimentare cu energie electric# ce vorfi detaliate n cele ce urmeaz#.

a) Sistemul de alimentare cu energie electricn curent continuuSchema bloc a acestui sistem este prezentat# n fig. 2.1.

Fig. 2.1. Sistemul de alimentare n c.c.

Semnifica'iile nota'iilor utilizate sunt urm#toarele:

G - generator;

RAT - regulator automat de tensiune;CC - consumator de curent continuu;BA - baterie de acumulatoare.

Generatorul din aceasta schema poate fi un generator de curent continuu deriva'ie sau ungenerator sincron de curent alternativ mono sau polifazat cu excita'ie electromagnetic# sau cumagne'i permanen'i asociat cu un dispozitiv de redresare. Generatorul este antrenat de motorultermic i furnizeaz# energie electric# ntregului sistem.

Regulatorul de tensiune care poate fi cu contacte vibrante sau electronice asigur#men'inerea tensiunii constante atunci cnd tura'ia de antrenare a generatorului i sarcina variaz#.

Bateria de acumulatoare poate fi o baterie acid# sau alcalin#. Sistemul de alimentare nc.c. are o larg# r#spndire la autovehiculele rutiere de toate tipurile: autoturisme, autocamioane,autobuze, tractoare, autovehicule speciale etc.

Acest sistem prezint# dou# avantaje deosebite:- permite func'ionarea cu tensiune constant#;- permite alimentarea cu energie electric# att n timpul sta'ion#rii ct i n timpul porniriii mersului autovehiculului.

8/3/2019 Curs EEEA

6/77

6

b) Sistemul de alimentare n curent alternativSchema de principiu a acestui sistem este prezentat# n fig. 2.2.

Fig. 2.2. Sistemul de alimentare n c.a.

n figura anterioar# au fost utilizate urm#toarele nota'ii:

G - generator;RT - regulator de tensiune.

Generatorul de curent este n general un generator sincron cu magne'i permanen'imonofazat sau polifazat. Regulatorul de tensiune este de obicei un regulator parametric.

Sistemele de alimentare n c.a. se folosesc rar, doar pe unele tractoare, motorete,biciclete etc. Utilizarea restrns# a acestui sistem se datoreaz# faptului c# neexistnd baterie deacumulatoare, aceasta nu asigur# alimentarea cu energie electric# dect n timpul func'ion#riimotorului.

c) Sistemul de alimentare mixtSchema de principiu a acestui sistem este prezentat# n fig. 2.3.

Fig. 2.3. Sistemul de alimentare mixt.

Nota'iile prezente n figura anterioar# au urm#toarele semnifica'ii:

G - generator;R - dispozitiv de redresare;RAT - regulator automat de tensiune;BA - baterie de acumulatoare;CA - consumatori de c.a.;CC - consumatori de c.c.

8/3/2019 Curs EEEA

7/77

7

Acest sistem de alimentare se utilizeaz# la unele autobuze. O parte a instala'iei electriceeste alimentat# n curent continuu de la bateria de acumulatoare, iar o alt# parte n curentalternativ (conectat# la nf#ur#rile de curent alternativ ale statorului alternatorului). n acest felse permite, spre exemplu, utilizarea iluminatului fluorescent pe autovehiculul respectiv.

2.2. Bateria de acumulatoare

Bateria de acumulatoare este o surs# de energie compus# dintr-unul sau mai mul'ielectrozi imersa'i ntr-un electrolit (solu'ie apoas# acid#).

Bateria de acumulatoare ndeplinete urm#toarele func'ii:- furnizeaza energie electrica demarorului i sistemului de aprindere la pornirea motoruluicu ardere intern#;- alimenteaza consumatorii de energie electric# atunci cnd motorul termic este n repaus;- preia vrfurile de sarcin# cnd cererea de curent depaseste posibilitatea generatorului.

2.2.1. Principiul de funcionare

Principiul de func'ionare al acumulatorului acid cu pl#ci de plumb const# n ob'inereaenergiei electrice n urma conversiei electrochimice.

Pentru acumulatorul cu plumb i electrolit acid, la anod are loc reac'ia:

eHPbSOSOHPb 2442 ++++ (2.1)

La catod:

OHPbSOeHSOHPbO 24422 223 +++++

(2.2)

n aceste condi'ii, reac'ia global# va fi:

OHPbSOHSOHPbOPb 24422 2222 +++++ (2.3)

Energia specific# teoretic# eliberat# n urma acestei reac'ii, pentru o tensiune medie de 2V, raportat# la kilogram de mas#, este de 175 Wh/kg.

n realitate, energia specific# este mult mai redus# ( )/4515 kgWh datorit# faptului c# npractic# un element de acumulator nu se poate realiza numai din electrozi ideali i acidul sulfuric

monohidrat. El con'ine al#turi de componente active, care iau parte la reac'ie, elemente pasivestrict necesare (cuve, capace, membrane separatoare, conexiuni, ap# pentru dilu'ie) care,nsumate, reduc valoarea energiei specifice.

Prin utilizarea unor materiale uoare pentru componentele pasive i prin moderniz#ri deelectrozi s-au realizat energii specifice de 50 Wh/kg i n perspectiv# se tinde spre valori de65 kgWh /70 .

8/3/2019 Curs EEEA

8/77

8

2.2.2. Construcia acumulatorului acid cu plci de plumb

Din punct de vedere constructiv, de-a lungul timpului, au existat mai multe variante defabrica'ie a acumulatoarelor auto:

a. acumulatoarele monobloc de ebonit#, etane cu capace individuale, cu nserieriaparente, peste capac;b. acumulatoarele monobloc de ebonit# sau material plastic, cu capace generale, etanecu r#ini poliuretanice sau epoxidice; leg#turile de nseriere sunt pozate sub capac itrec peste pere'ii desp#r'itori ai celulelor;

c. acumulatoarele n carcas# de polipropilen#-copolimer, cu capace generaletermoetanate i leg#turi de nseriere prin pere'ii desp#r'itori ai celulelor, careconstituie constructiv ultima genera'ie de acumulatoare.

Leg#turile de nseriere exterioare formeaz# un traseu electric lung, au o rezisten'#electric# mare i contribuie sensibil la reducerea tensiunii la borne, n special n regim de pornire.Leg#turile sub capac sunt de lungime mai redus#, iar cele prin pere'i sunt i mai scurte i odat#

cu reducerea consumului de plumb asigur# o tensiune mare la solicit#ri interne.n fig. 2.4 este prezentat# influen'a modului de nseriere asupra c#derii de tensiune labornele bateriei n func'ie de curentul debitat.

Fig. 2.4. C#derea de tensiune pe leg#turile dintre elemente.

Fiecare element al unui acumulator este realizat din mai multe pl#ci electrod. Acestea augrosimi diferite. Pl#cile negative sunt n general mai sub'iri dect cele pozitive, ele nefiindafectate de coroziunea anodic# i, la solicit#ri egale, au o durat# de via'# mai mare. Capacitateapl#cilor este direct propor'ional# cu grosimea, respectiv cu volumul masei active.

Valoarea curentului de pornire la o capacitate dat#, crete cu num#rul de pl#ci utilizate,

respectiv cu suprafa'a desf #urat# a acestora. Pl#cile electrod se leag# n paralel, constituind ungrup de polaritate pozitiv# sau negativ# (corespunz#tor pl#cii). Grosimea grupurilor de pl#ciasamblate (pozitive i negative) corespunde l#'imii celulei. La un grup de grosime dat# num#rulpl#cilor este cu att mai mare cu ct grosimea lor este mai mic#.

Pl#cile electrod pentru acumulatoarele auto sunt de tipul pastat. Masa activ#, sub form#de past#, se depune n cantitate corespunz#toare capacit#'ii, pe suportul de plac#. Suportul deplac#, din plumb, se ob'ine prin turnare, tan'are sau expandare.

8/3/2019 Curs EEEA

9/77

9

Dup# pastare, cu mas# activ# pozitiv# sau negativ#, se ob'in pl#cile cu polaritatearespectiv#. O plac#pastat#, uscat# sau maturizat#, ca s# devin# electrod trebuie format#.

Costurile datorate ntre'inerii unui acumulator auto, pentru o durat# medie de via'# de 3ani au acelai ordin de m#rime cu pre'ul de cump#rare.

Din aceast# cauza, acumulatorul cu ntre'inere redus# sau cel f#r# ntre'inere, produse n

ultimul timp reprezint# o solu'ie. S-a constatat c#pierderea de ap# i autodesc#rcarea sunt cu attmai mari cu ct con'inutul de stibiu din aliajul Pb-Sb pentru gr#tare, este mai ridicat.n fig. 2.5 este prezentat#pierderea de ap#, X n g/Ah pentru un acumulator de 12 V din

prima sa treime de via'#, n func'ie de con'inutul de stibiu din gr#tar.

Fig. 2.5. Pierderea zilnic# de ap#(X) n [g/Ah] n func'ie de con'inutul de Sb.

Se constat# c#pentru un con'inut de stibiu mai mic de 3% pierderile de ap# sunt relativmici. Pentru acumulatoarele cu ntre'inere redus# nu se coboar# ns# con'inutul de stibiu sub

2,5% din urm#toarele cauze:- modul de turnare se nr#ut#'ete i crete num#rul de rebuturi;- se micoreaz# duritatea aliajului, ceea ce afecteaz# negativ procesele tehnologice dedup# turnare;- scade rezisten'a la coroziune i, implicit, durata de via'#.

Gr#tarele Pb-Ca sau Pb-Li, cu concentra'ie adecvat# de mas# activ# de electrolit, stau la baza acumulatorului f#r# ntre'inere. Spre exemplu, pierderea de ap# este de peste 10 ori maimare la acumulatorul conven'ional fa'# de cel cu suport din Pb-Ca.

2.2.3. Caracteristicile acumulatoarelor acide cu plci de plumb

a. Tensiunea nominal) #i tensiunea pe element

Fiecare acumulator are o valoare caracteristic# a tensiunii care se numete tensiunenominal# a sistemului. Ea este dat# de diferen'a de poten'ial dintre electrozi (borneleelementului) la nceputul desc#rc#rii n regimul de desc#rcare sub curent constant de N ore.

8/3/2019 Curs EEEA

10/77

10

n regim de desc#rcare, acumulatorul debiteaz# un curent electric care depinde dem#rimea rezisten'ei totale a circuitului electric (fig. 2.6).

Fig. 2.6. Schema echivalent# n regim de desc#rcare.

E= tensiunea electromotoare a acumulatorului [V]

dI = curentul de descarcare [A];

bU = tensiunea la borne [V];

iR = rezisten'a intern# a acumulatorului [ ]

id RIU = (2.4)

unde: U = c#derea de tensiune pe rezisten'a intern# a acumulatorului [V].Atunci:

idb RIEU = (2.5)

ntr-o descarcare liniar# (fig. 2.7) se definete tensiunea medie, mU .

Fig. 2.7. Varia'ia tensiunii ntr-o desc#rcare linear#.

221 UUUm

+= (2.6)

ntr-o desc#rcare neliniar# tensiunea medie are valoarea:

=21

12

ttm

udttt

lU (2.7)

Tensiunea n sarcin#pentru un regim dat depinde de varia'ia rezisten'ei interne n timpulprocesului de desc#rcare.

8/3/2019 Curs EEEA

11/77

11

Tensiunea electromotoare a unui acumulator depinde de concentra'ia electrolitului i detemperatur#. Ea este numeric egal# cu tensiunea la borne m#surat# n circuit deschis, n aceleaicondi'ii.

La nc#rcare, tensiunea la borne trebuie s# fie mai mare dect tensiunea electromotoare a

bateriei pentru concentra'ia i temperatura respectiv#. C#derea de tensiune pe element depinde devaloarea curentului de nc#rcare i de rezisten'a intern# a elementului n stadiul respectiv denc#rcare.

Fig. 2.8. Schema echivalent# n regim de nc#rcare.

iii IREUEU +=+= (2.8)

Cu ct valoare curentului de nc#rcare este mai ridicat# cu att U este mai mare i iU

crete n aceeai m#sur#. Numai o parte din energie se consum# n conversia chimic# aelectrozilori peste valoarea de 2,3 V/element apare fenomenul de electroliz# a apei i se degaj#la anod hidrogen iar la catod oxigen.

n fig. 2.9 este prezentat# varia'ia tensiunii de nc#rcare pe electrod n func'ie de timp.

Fig. 2.9. Varia'ia tensiunii de nc#rcare n regim de 3h (a), respectiv 10h (b).

8/3/2019 Curs EEEA

12/77

12

b. Rezistena intern)La acumulatoarele acide cu pl#ci de plumb rezisten'a intern# este o sum# de trei

componente:- rezisten'a chimic#propriu-zis#;- polarizarea de activare;

- polarizarea de concentra'ie.Dac# se ia n considerare i efectul capacitiv al pl#cilor electrod cu membraneleseparatoare interpuse, atunci prima component# este dat# sub forma impedan'ei.

Valoarea ei depinde de o serie de parametrii cum ar fi: suprafa'a i num#rul electrozilor,distan'a dintre electrozi, grosimea i porozitatea membranelor separatoare, starea de nc#rcare,densitatea i temperatura electrolitului.

Polarizarea de activare reprezint# o limitare a transferului de sarcini la curen'i mici, cndo parte din ioni nu au energia necesar# dep#irii barierei de poten'ial.

Polarizarea de concentra'ie se datoreaz# unei epuiz#ri a ionilor n imediata vecin#tate aelectrozilor, la curen'i mari, crendu-se un poten'ial de concentra'ie opus poten'ialului deelectrod.

c. CapacitateaSe defineste capacitatea C a unui acumulator (m#surat# n Ah), ca fiind m#rimea ce

reprezint# cantitatea de electricitate pe care o poate debita acesta pn# la un prag limit#(tensiunea de oprire). Dac# se m#soar# n Wh, capacitatea reprezint# energia pe care o poatedebita pn# la pragul de oprire.

Capacitatea unui acumulator depinde de urm#torii factori: starea de nc#rcare, intensitatearegimului de desc#rcare, temperatura la care se efectueaz# desc#rcarea, vechimea func'ional#,modul de desc#rcare (continuu sau intermitent).

Dac# desc#rcarea acumulatorului se face cu un curent constant valoarea capacit#'ii estedat# de rela'ia:

][AhtIC ddd = (2.9)

Pentru o desc#rcare sub un curent variabil n timp capacitatea se determin# cu formula:

= dt

dd AhdtiC 0 ][ (2.10)

n regim de nc#rcare, la curent constant:

][AhtIC iii = (2.11)

Pentru o ncarcare sub un curent variabil n timp capacitatea se determin# cu formula:

= it

ii AhdtiC 0 ][ (2.12)

ntr-o manier# asem#n#toare se definete i capacitatea energetic# pentru regimurile dedesc#rcare, respectiv nc#rcare:

8/3/2019 Curs EEEA

13/77

13

= idt

ididiwd dtiUC,

0 ,,, (2.13)

n fig. 2.10 este prezentat# dependen'a capacit#'ii n func'ie de temperatur#.

Fig. 2.10. Varia'ia capacit#'ii unui acumulator n func'ie de temperatur#.

La acumulatoarele acide cu pl#ci de plumb capacitatea nominal# este dat# la un timp dedesc#rcare de 20 h i se noteaz# cu 20C . La un curent constant de ][20/1 20 ACI= , acumulatorul

complet nc#rcat asigur# o func'ionare timp de 20h pn# la tensiunea de oprire.

d. Randamentul acumulatoarelor auto

Randamentul unui acumulator auto reprezint# raportul dintre cantitatea de electricitate(sau de energie electric#) debitat# i cantitatea de electricitate (respectiv de energie) consumat# lanc#rcare.

[%]1000

0

=

iti

dtd

cdti

dti (2.14)

[%]100

0

0

=

itii

dtdd

edtiU

dtiU (2.15)

La acumulatorul acid cu pl#ci de plumb, randamentul capacitiv are valori cuprinse ntre80 i 90% n func'ie de timp, regimul de exploatare i vechimea acumulatorului.

Randamentul energetic este mai slab deoarece, la nc#rcare, tensiunea medie este sensibilmai mare dect la desc#rcare, datorit#pierderilor de energie pe rezisten'a intern#. El este cuprinsntre 65% i 75%.

8/3/2019 Curs EEEA

14/77

14

e. Puterea acumulatorului autoAvnd n vedere c# acumulatoarele auto sunt destinate n principal pornirii motoarelor

autovehiculelor, ele trebuie s# aib# o putere ct mai mare, respectiv o energie debitat# n unitateade timp ct mai mare.

Aceast# m#rime se calculeaz# cu rela'ia:

=dt

ddd

dtiut

P

0

1(2.16)

Dac# tensiunea i curentul de desc#rcare sunt constante, se ob'ine:

2IRUIP s== (2.17)

unde:is RR

UI

+

= ;

sR = rezisten'a de sarcin# [

];iR = rezisten'a intern# [ ]

Atunci puterea devine:

2

2

)( is

s

RR

URP

+

= (2.18)

Pentru determinarea valorii maxime a puterii debitate de acumulator se deriveaz#puterea n raport cu rezisten'a de sarcin#, care este variabil# i se egaleaz# cu zero.

4

222

)(

)(2)(

is

issis

s RR

RRRURRU

dR

dP

+

++=

(2.19)

0=sdR

dP(2.20)

Din aceast# ultim# rela'ie rezult#:

22is RR = sau is RR = (2.21)

Deci, pentru a ob'ine o putere maxim# la sarcin# se impune ca rezisten'a acesteia s# fieegal# cu rezisten'a intern# a acumulatorului.

f. Durata de via). Autodesc)rcarea.Durata de via'# a unui acumulator auto se estimeaz# prin num#rul ciclurilor func'ionale

pe care le asigur# acesta pn# ce capacitatea atinge pragul inferior prescris. nc#rcarea deplin#urmat# de o desc#rcare complet# constituie un ciclu func'ional.

Pentru acumulatoarele care nu lucreaz# ciclic, durata de via'# se exprim# n num#r de anide func'ionare, pn# la atingerea pragului limit# de capacitate.

8/3/2019 Curs EEEA

15/77

15

Un acumulator complet nc#rcat nu-i p#streaz# un timp infinit cantitatea de elementechiar dac# circuitul exterior este deschis. El este supus fenomenului de autodesc#rcare datoratreac'iilor parazite de oxidare- reducere n care se consum# nc# o parte din capacitate.

Autodesc#rcarea se exprim# n procente de capacitate pierdut#, ntr-o unitate de timpdeterminat# (o zi, 30 de zile, 1 an).

100[%]1

21

C

CCC

= (2.22)

unde: 1C = valoarea ini'ial# a capacit#'ii;

2C =valoarea capacit#'ii dup#perioada de timp specificat#.

Sulfatul de plumb, care se depune superficial pe placa electrod, din contactul acesteia uelectrolitul, are tendin'a s# reduc# procesul de autodesc#rcare i constituie un strat protector cuatt mai eficace cu ct densitatea electrolitului este mai ridicat#. Acelai rol l au antimoniul

(stibiul) care se g#sete n grila suport pentru concentra'iile mici ale electrolitului.Pentru reducerea autodesc#rc#rii, s-au realizat aliaje rezistente la coroziune. Un rolimportant n acest sens l au aliajele Pb-Cu sau Pb-Se cu adaos de cositor, cupru, arsen.

Trebuie amintit faptul c# autodesc#rcarea este mai pronun'at# n primele zile de utilizaredup# care ea scade treptat. Autodesc#rcarea nseamn# risip# inutil# de energie electric#,importante cheltuieli de ntre'inere uneori degradarea acumulatorului datorit# unei ntre'inerinecorespunz#toare.

Durata func'ional# a unui acumulator se exprim# n cicluri sau ani de func'ionare.Acumulatoarele cu pl#ci electrod sub'iri, destinate asigur#rii unor vrfuri de putere specificedemarajului auto, dureaz# 250400 cicluri func'ionale (24 ani).

Procesele normale sau accidentale care limiteaz# durata func'ional# a unui acumulatorsunt urm#toarele:

- coroziunea gr#tarului (suportul de mas# activ#) la electrodul pozitiv;- desprinderea masei active;- sulfatarea ireversibil#;- degradarea gr#tarelor pozitive;- degradarea membranelor separatoare.

Toate aceste fenomene contribuie la reducerea vie'ii acumulatorului. Ele pot fi reduseprin utilizarea materialelor de calitate prescris#, prin acurate'#i disciplin# tehnologic# i printr-oexploatare i ntre'inere corespunz#toare.

8/3/2019 Curs EEEA

16/77

16

2.3. Alternatorul

2.3.1. Avantaje. Clasificri.

Alternatorul este, n general, un generator de curent alternativ sincron trifazat cu excita 'ie

electromagnetic# asociat cu dispozitive redresoare.Generatoarele sincrone au nlocuit generatoarele de curent continuu deoarece prezint#avantaje deosebite fa'# de acestea:

- au greutate i gabarit mai mici;- au ntre'inere mai uoar#;- nu prezint# colector care este un element supus uzurii rapide;- au tura'ie de nceput de debitare mai mic# (apropiat# de tura'ia de ralenti);- au tura'ie maxim# mai mare.Dei cunoscute de foarte mult timp, generatoarele sincrone nu au fost folosite pe

autovehicule dect atunci cnd au ap#rut dispozitivele de redresare cu diode cu germaniu isiliciu.

n prezent se fabric# o gam# larg# de alternatoare, cu tensiunea nominal# de 12V i 24V,cu puterea nominal# cuprins# ntre 210 W i 4200 W, cu tura'ii de nceput de debitare de850 1000 rot/min i cu tura'ii maxime de 7000 12000 rot/min.

Datorit# condi'iilor specifice de utilizare, tura'ie i sarcin# variabil#, condi'ii de mediudeosebite(praf, vibra'ii, umiditate, putere relativ redus#, etc.), generatoarele sincrone auto difer#din punct de vedere constructiv fa'# de cele utilizate n instala'iile electrice sta'ionare.

De la apari'ia alternatoarelori pn# n prezent s-au experimentat i s-au fabricat multetipuri constructive de alternatoare. Aceste tipuri se diferen'iaz# n func'ie de urm#toareleelemente i considera'ii:

- forma polilor;- locul n care se amplaseaz# nf#urarea de excita'ie;- num#rul de faze statorice;- modul de realizare a excita'iei;- gradul de protec'ie;- condi'iile atmosferice n care pot func'iona .

n practic# s-au impus, n mod deosebit, urm#toarele tipuri de alternatoare:- alternatoare cu excita'ie electromagnetic# i rotor n form# de ghiare, sau cu poliaparen'i, ambele tipuri avnd nf#urarea de excita'ie plasat#pe rotori fiin prev#zute cusistem de perii colectoare;- alternatoare cu excita'ie electromagnetic# cu rotor n form# de ghiare f#r# sistem deperii colectoare;- alternatoare cu excita'ie cu magne'i permanen'i.Alternatoarele cu poli n form# de ghiare se construiesc pentru puteri nominale pn# la

2000 W. Datorit# faptului c# pentru majoritatea autovehiculelor fabricate n prezent suntnecesare alternatoare de curent cu puterea sub 2000 W, acest tip de alternator are cea mai larg#utilizare.

Alternatoarele pentru autovehiculele rutiere se construiesc cu indusul pe stator iinductorul pe rotor. n ceea ce privete nf#ur#rile trifazate ale statorului acestea pot fi legate n

8/3/2019 Curs EEEA

17/77

17

stea sau n triunghi. Legarea n stea se folosete n general la alternatoarele de mic# i medieputere, pe cnd legarea n triunghi se utilizeaz# la alternatoarele de putere i intensitate mare.

2.3.2. Particulariti privind modul de excitaie

Alternatoarele cu excita'ie electromagnetic#pot fi realizate n dou# variante:a) cu excita'ie independent# (alimentat# de la baterie);b) cu autoexcita'ie.

a) Alternatoarele cu excita'ie independent# sunt prev#zute cu un singur dispozitiv deredresare care servete att la alimentarea nf#ur#rii de excita'ie ct i a celorlal'i consumatori.

Schema electric# a unui astfel de alternator este dat# n figura urm#toare.

Fig. 2.11. Schema electric# a alternatorului cu excita'ie independent#.

Semnifica'iile nota'iilor utilizate sunt urm#toarele:A alternator;Ex - nf#urarea de excita'ie;R redresor;

sR - resisten'# de sarcin#;

BA bateria de acumulatoare;C comutator principal;

rR - rezisten'a de reglaj.

Acest tip de alternator prezint# avantajul c# are 6 diode redresoare i c# tura'ia de nceputde debitare nu este influen'at# de magnetismul remanent al rotorului.

b) Alternatoarele cu autoexcita'ie au n construc'ia lor dou# redresoare: unul secundardestinat alimenta'iei excita'iei i altul principal pentru alimentarea celorlal'i consumatori.

Dispozitivele redresoare ale alternatoarelor cu autoexcita'ie con'inn plus pe lng# cele 6diode ale redresorului principal nc# unredresor n stea format din 3 diode suplimentare careservesc la alimentarea nf#ur#rii de excita'ie.

8/3/2019 Curs EEEA

18/77

18

n figura urm#toare este prezentat# schema de principiu a unui astfel de alternator.

Fig. 2.12. Schema electric# a alternatorului cu autoexcita'ie.

A alternator;R1 redresor pentru alimentarea exitatiei;R2 redresor pentru alimentarea consumatorilor de pe autovehicul;

xE - nf#urarea de excita'ie;

sR - resisten'# de sarcin#;

BA bateria de acumulatoare;

rR - rezisten'a de reglare.

Condi'ia pentru realizarea autoexcita'iei rezid# n necesitatea existen'ei unui magnetismremanent al circuitului magnetic al rotorului. n acest scop este necesar s# se prevad#, nconstruc'ia rotorului, p#r'i care posed# un cmp coercitiv ridicat. Cele mai bune condi'ii deautoexcita'ie se ob'in la alternatoarele care au inductorul masiv, acestea posednd un cmpmagnetic remanent suficient f#r# a fi necesar a se lua m#suri speciale.

2.3.3. Caracteristicile electrice ale alternatoarelor

Pentru a defini aceste caracteristici se vor utiliza nota'iile curen'ilori tensiunilor indicaten figura urm#toare.

Fig. 2.13. Schema electric# a alternatorului.

8/3/2019 Curs EEEA

19/77

19

a) Caracteristicile externe ale generatoruluiCaracteristicile externe se definesc ca fiind dependentele grafice )( uu IfU = n

condi'iile n=ct., cos=ct. i Iex =ct..Cnd generatorul func'ioneaz# n gol valoarea eficace a tensiunii electromotoare indus#

n fiecare faz# statoric#, spre exemplu pentru faza U, este dat# de rela'ia:

eEweU kwfU = 44,4 (2.23)

unde:60

npf

= = frecven'a tensiunii induse [Hz];

p= num#rul perecchilor de poli;n = tura'ia rotorului [rot/min];w - num#rul de spire al unei faze statorice;

wk = factorul de nf#urare (factorul de bobinaj);

eE = fluxul inductor (dat de curentul de excita'ie) util la mers n gol.

Atunci cnd generatorul sincron lucreaz# n sarcin#, respectiv prin nf#ur#rile statoricencepe s# circule curent, ca urmare a c#derilor de tensiune care apar n infasurarea statorica( U ) ct i a reac'iei demagnetizante a indusului (scade eUU odata cu cresterea lui UI datorita

scaderii fluxului eE ), apare o sc#dere a tensiunii la bornele fazelor statorice fa'# de tensiunea

de mers n gol, n func'ie de valoarea curentului debitat ( UUU eUU = ). n aceste condi'ii

caracteristicile externe ale generatorului sincron au formele din figura urm#toare.

Fig. 2.14.Caracteristicile externe ale generatorului sincron.

b) Caracteristica de curent a alternatoruluiCaracteristica de curent a alternatorului se ob'ine intersectnd familia de caracteristiciexterne cu o dreapt# ctUR = . ncepnd de la tura'ia de debitare ( 0n ), alternatorul ncepe s#

genereze curent, iar curentul crete pe m#sur# ce crete tura'ia. La tura'ie maxn alternatorul

debiteaz# curentul maxim pentru care este dimensionat. Dar aa se observ# din fig. 2.14, dincauza caracteristicii externe, acest curent este foarte apropiat de curentul de scurtcircuit al

8/3/2019 Curs EEEA

20/77

20

alternatorului. Din aceast# cauz# alternatoarele nu mai au nevoie de un releu de limitareautomat# a curentului.

n figura urmatoare este reprezentat# caracteristica de curent a unui alternator.

Fig. 2.15.Caracteristica de curent a alternatorului.

Semnifica'iile nota'iilor utilizate sunt urm#toarele:

maxI = curentul maxim pe care l poate debita alternatorul;

max3

2I = curentul pe care l poate debita alternatorul n regim de lung# durat#;

maxn = tura'ia maxim# admis#;

dn = tura'ia la care se ob'ine curentul de durat#.

S-a notat cu a caracteristica alternatorului n stare rece. Diferen'a dintre cele dou#caracteristici apare n special datorit# modific#rii curentului de excita'ie din cauza nc#lzirii.

Dup# cum s-a precizat anterior, cu 0n s-a notat tura'ia de debitare. Expresia acesteia se

ob'ine cu ajutorul rela'iei care precizeaz# valoarea tensiunii redresate:

== 62

6

2331 T

UUV UdtuT

U

. (2.24)

n aceast# rela'ie se introduce tensiunea ctUU R == . (n ipoteza simplificatoare

eUU UU ). Se ob'ine astfel:

eUR UU 233

= . (2.25)

Dac# se introduce tensiunea electromotoare euU din rela'ia 2.23, se ob'ine:

eEw

R

eEw

R

kwp

U

kwp

Un

=

= 65,25

23

200

(2.26)

8/3/2019 Curs EEEA

21/77

21

nc#rcarea alternatorului n timpul func'ion#rii pe autovehicule nu este ntotdeaunamaxim#, deci punctele de func'ionare nu se situeaz# ntotdeauna pe caracteristica de curent.

Punctele de func'ionare se pot g#si n ntreg domeniul aflat sub aceast# caracteristic#,depinznd de starea de nc#rcare a bateriei de acumulatoare i de sarcina conectat# la un momentdat. n aceste cazuri pentru men'inerea constant# a tensiunii la bornele alternatorului este

necesar# modificarea n mod corespunz#tor a curentului de excita'ie.Pentru reglarea curentului de excita'ie este necesar un regulator automat de tensiune.Acest regulator realizeaz# modificarea continu# a curentului de excita'ie, astfel nct tensiunea la bornele alternatorului s# se men'in# constant# i egal# cu RU , n ntreg domeniul de tura'ii icurent.

c) Caracteristica de scurtcircuitn figura urmatoare este prezentat# caracteristica de scurtcircuit a generatorului

)(nfIsc = , obtinut#prin particularizarea caracteristicii de current pentru cazul U=0.

Fig. 2.16. Caracteristica de scurtcircuit a alternatorului.

La tura'ii mici curentul de scurtcircuit crete liniar cu tura'ia iar la tura'ii mari scI se

limiteaz# i r#mne aproape constant din cauza satura'iei circuitului magnetic.

d) Caracteristica de reglaj )(nfIex = la U = ct i I = ct. n figura urm#toare sunt

prezentate caracteristicile de reglaj pentru diferite valori ale curentului de sarcin#.

Fig. 2.17. Caracteristicile de reglaj ale alternatorului.

8/3/2019 Curs EEEA

22/77

22

Pentru men'inerea constant# a tensiunii la tura'ie maxim# i sarcina zero este necesar cavaloarea curentului de excita'ie s# fie minim# )( minexI , iar pentru men'inerea tensiunii

constante la tura'ie minim# i sarcin# maxim# este necesar ca valoarea curentului de excita'ie s#fie maxim# ( maxexI ).

Raportul dintre maxexI i minxeI se numete factor de reglaj.

min

max

ex

exi

I

IK = (2.27)

Caracteristica extern# i caracteristica de scurtcircuit ale alternatoarelor cu magne'ipermanen'i sunt similare cu cele ale alternatoarelor cu excita'ie electromagnetic#. La acestealternatoare reglarea tensiunii la borne este mai dificil#, ea f #cndu-se fie prin modificareafluxului de excita'ie, care se realizeaz# prin modificarea reluctan'ei circuitului magnetic directprin modificarea tensiunii pe partea de curent alternativ cu ajutorul unui redresor comandat.

2.4. Regulatorul automat de tensiune

Tensiunea de la bornele sistemului de alimentare cu energie electric# se modific# datorit#varia'iei tura'iei motorului cu ardere intern# respectiv a generatorului i datorit# varia'iei sarcinii.Pentru men'inerea constant# a tensiunii n tot domeniul de func'ionare (curentul de sarcin#variind de la zero la maxI iar tura'ia de la 0n la maxn ) este necesari suficient s# se modifice n

mod corespunz#tor valoarea curentului de excita'ie.Pentru realizarea modific#rii n mod corespunz#tor a curentului de excita'ie eI se

utilizeaz# un dispozitiv special numit regulator automat de tensiune.Acesta realizeaz# modificarea curentului de excita'ie n trepte, prin impulsuri.

2.4.1. Principiul reglrii tensiunii

n fig. 2.18. este reprezentat# schema de principiu care permite reglarea valorii curentuluide excita'ie exI .

Fig. 2.18. Schema de principiu a unui regulator automat de tensiune.

8/3/2019 Curs EEEA

23/77

23

nf#urarea de excita'ie a generatorului avnd rezisten'a exR i inductivitatea exL , este

alimentat# cu tensiunea RU conform schemei anterioare prin intermediul a dou# contacte 1k i

2k .Varia'ia curentului prin nf#urarea de excita'ie este prezentat# n fig. 2.19.

Fig. 2.19. Varia'ia curentului prin nf#urarea de excita'ie.

Presupunem c# nf#urarea de excita'ie a generatorului care are rezisten'a exR i

inductan'a exL , este alimentat# cu tensiunea RU ca n fig. 2.18 prin intermediul contactelor 1k i

2k .Dac# se introduce notatiile:

fT

1= perioada corespunz#toare nchiderii i deschiderii contactelor;

1t - intervalul de timp n care 1k este nchis 2k este deschis;

2t - intervalul de timp n care 2k este nchis i 1k este deschis;

Pentru ],0[ 1tt se poate scrie:

dt

diLRiU exexexexR += (2.28)

Condi'ia ini'ial# este:

min)0( exex Ii = (2.29)

Solu'ia acestei ecua'ii este:

ex

t

exex

t

ex

Rex eIe

R

Ui

+= min)1( (2.30)

Pentru ],[ 21 ttt ecuatia corespunzatoare are forma:

8/3/2019 Curs EEEA

24/77

24

dt

diLRi exexexex +=0 (2.31)

n acest caz condi'ia ini'ial# este:

max)0( exex Ii = (2.32)

Solu'ia acestei ecua'ii este:

ex

t

exex eIi

= max (2.33)

n cele dou# solu'ii ex este constanta de timp electromagnetic# a circuitului de excita'ie:

ex

exex

R

L= . (2.34)

n regim permanent condi'iile de func'ionare:- la max11 )( exex Ititt == (2.35)

- la min22 )( eex Ititt == (2.36)

Conditiile anterioare conduc la urm#toarele egalit#'i:

ex

t

exex

t

ex

Rex eIe

R

UI

1

min

1

max 1

+

= (2.37)

ex

t

exex eII

2

maxmin

= (2.38)

Din sistemul de ecua'ii de mai sus se determin# valorile curen'ilor minexI i maxexI .

ex

T

ex

T

ex

R

ex

e

eR

U

I

!

"

=

1

1

min (2.39)

ex

T

Texex

T

ex

R

ex

e

eeR

U

I

!

"

=

1

1

1

max (2.40)

8/3/2019 Curs EEEA

25/77

25

Cu aceste valori se poate determina valoarea medie a curentului de excita'ie i pulsa'iilecurentului fa'# de aceast# valoare:

ex

Rexmed

R

UI

= (2.41)

T

t1= (2.42)

Din rela'ia care determin# exmedI se observ# c# modificnd pe se poate regla n mod

corespunz#tor valoarea curentului prin nf#urarea de excita'ie. Pentru determinarea pulsa'iilor senoteaz#:

minmax; exexexexex

R IIIIR

U== # (2.43)

exex

ex T

I

IX

$ =

=

#; (2.44)

Cu aceste nota'ii se pot determina pulsa'iile de curent n circuitul de excita'ie:

( )( )$

$$$

+

#

=

=

e

ee

I

IX

e

e

1

11(2.45)

Dac# se dezvolt# rela'ia de mai sus n serie i se 'ine cont ca 3,0

8/3/2019 Curs EEEA

26/77

26

[ ]1,0, ttdt

diLRiU exexexexR += (2.47)

cu condi'ia ini'ial# min)0( exex Ii = i:

],[,)( 21 tttdt

diLRRiU exexrexexR ++= (2.48)

cu condi'ia ini'ial# max)0( exex Ii = .

Printr-o metodologie asem#n#toare celei prezentate anterior se determin# valoarea mediea curentului de excita'ie:

rex

Rexmed

RR

UI

+

=

(2.49)

Pulsa'iile vor fi date de o formul# asem#n#toare ca aceea din cazul precedent.

2.4.2. Schema bloc a regulatoarelor automate de tensiune

Fig. 2.20. Schema bloc a unui regulator automat de tensiune.

Notatiile utilizate au urmatoarele semnificatii:RAT regulator automat de tensiune;

RU -tensiunea debitat# de alternator;

RM - m#rimea de referin'#;DM dispozitiv de m#sur#;DR- dispozitiv de reglare.

Regulatorul automat de tensiune compar#, prin intermediul dispozitivului de m#sur#,m#rimea de referin'# cu tensiunea generatorului. Atunci cnd apare o varia'ie a tensiunii RU fa'#de m#rimea de referin'#; dispozitivul de m#surare transmite o comand# dispozitivului de reglare,

8/3/2019 Curs EEEA

27/77

27

care va modifica timpul relativ de conduc'ie n sensul creterii sau micor#rii lui pn# cnd

dispare diferen'a dintre m#rimea de referin'#i tensiunea RU .Astfel, dac# se men'ine o valoare constant# a m#rimii de referin'#, se va men'ine n mod

automat constant# i tensiunea RU . Cu ct reglarea se face cu frecven'# mai mare, cu attcalitatea regl#rii este superioar# iar pulsa'iile curentului de excita'ie sunt mai mici.

Regulatoarele automate de tensiune se clasific# n doua categorii:- regulatoare automate de tensiune electromecanice;- regulatoare automate de tensiune electronice.

2.4.3. Regulatoare automate de tensiune electromecanice

Functionarea regulatoarelor electromecanice se bazeaza pe introducerea unei rezistentede reglare in circuitul de excitatie al generatorului atunci cand tensiunea acesteia depaseste oanumita valoare. Aceste regulatoare se construiesc in doua variante, cu o treapta (figura 2.21) saucu doua trepte (figura 2.22).

Fig. 2.21. Schema electric# a unui RAT electromecanic cu o treapt#.

Dup# cum se observ# n figura anterioar#, n serie cu nf#urarea de excita'ie Ex ageneratorului sincron GS se conecteaza rezisten'a de reglare R r. In deriva'ie cu bornelegeneratorului se leag# nf#urarea Bu a unui releu, care ac'ioneaz#, la o anumit# tensiune de prag,contactele normal nchise Ku1, legate n paralel cu Rr.

La tura'ii mici ale generatorului, tensiunea la borne UR este mic#. Pentru a ajunge lavaloarea nominal# trebuie ca Iex s# fie maxim. Cnd Ub dep#ete valoarea nominal#, contacteleKu se deschid sub ac'iunea for'ei electromagnetice a nf#ur#rii Bu, curentul de excita'ie scade,datorit# introducerii n circuitul de excita'ie a rezisten'ei Rr, si, ca urmare, scade i tensiunea.

Dac# Ub scade sub o anumit# valoare (valoare reglat#), contactele Ku1 se nchid, Rreste

scurtcircuitat#, iar curentul de excita'ie va crete din nou.

Domeniul de lucru al regulatorului automat de tensiune este caracterizat prin tura'ia minn

i maxn . Tura'ia maxim# trebuie s# fie mai mare dect tura'ia generatorului la tura'ia maxim# a

motorului cu ardere intern#. Cnd aceast# condi'ie nu poate fi satisf#cut# se adopt# un regulatorautomat de tensiune cu contacte in dou# trepte a c#rei schem# este prezentat# n fig. 2.22.

8/3/2019 Curs EEEA

28/77

28

Fig. 2.22. Schema electrica a unui RAT electromecanic cu doua trepte.

n acest caz cursa contactului mobil are dou# trepte: n prima treapt# scurtcircuiteaz# sauintroduce n circuitul de excita'ie rezisten'a Rr; n a doua treapt#, dac# tensiunea are tendin'a de

cretere, for'a electromagnetic# a nf #ur#rii Bu atrage contactul mobil pn# la nchidereacontactului Ku2. In acest fel este scurtcircuitat# i nf #urarea de excita'ie iar valoarea lui Iexdevine practic nul#.

2.4.4. Regulatoare automate de tensiune electronice

Regulatoarele de tensiune electronice au urm#toarele avantaje:a) admit curen'i mai mari i se pot utiliza deci pentru generatoare de puteri mai mari; b) nu au uzur# mecanic# iar uzura electric# este foarte mic#. Ca urmare au via'a mai

lung# i nu necesit# ntre'inere;

c) au precizie mai mare, constant# i repetabilitate mai bune;d) asigur# o frecven'# de lucru cu un ordin de m#rime mai mare (n jur de 5kHz),mbun#t#'ind factorul de form# al tensiunii reglate (deci o tensiune mai neted#) i preciziareglajului. Ca atare se construiesc ntr-o singur# treapt#.

e) au volum mai mic dar pot asigura mai multe func 'iuni (de exemplu pe lng# reglareatensiunii asigur# i semnalizarea defectelor, autotest, etc.);

f) avnd volum mic pot fi montate chiar n generator, nl#turnd conductoarele deleg#tur# i deci eventuale conexiuni greite, defecte de cablaj, etc;

g) au o caracteristic# de compensare cu temperatura optim# i sunt mai pu'in sensibile lafactori de mediu agresivi (gaze, umiditate, vibra'ii, etc.);

h) au o fiabilitate bun# i nu necesit# reglaje;

i) au pre' de cost comparabil pe moment, dar tendin'a de evolu'ie este n favoarearegulatoarelor de tensiune electronice RTE.

Se poate admite i un dezavantaj al RTE, i acela relativ, i anume sensibilitatea maimare la dep#irea valorilor maxime admise.

8/3/2019 Curs EEEA

29/77

29

2.5. Funcionarea n paralel a alternatorului cu bateria de acumulatoare #iconsumatorii

Alternatorul, bateria de acumulatoare i consumatorii sunt conecta'i n paralel, astfel c#func'ionarea lor se influen'eaz# reciproc.

Schema de conectare a celor trei elemente este prezentat# n figura urm#toare.

Fig. 2.23. Schema conexiunii celor trei elemente conectate n paralel.

Dac# se neglijeaz# c#derea de tensiune pe conductoare, tensiunea la bornele celor treielemente este egal#:

SBG UUU == . (2.50)

Caracteristicile acestor elemente sunt prezentate n figura 2.24.

Fig. 2.24. Dependentele UG, IG , IB = f(IS).

Func'ionarea sistemului de alimentare cu energie electric# se poate studia n urm#toarele

etape.

1. Tura'ia motorului este mai mic# dect tura'ia de nceput de debitare:

0nn < . (2.51)

n acest caz curentul de sarcin# este asigurat de bateria de acumulatoare:

8/3/2019 Curs EEEA

30/77

30

BS II = . (2.52)

2. Tura'ia motorului este mai mare dect tura'ia de nceput de debitare:

0nn > . (2.53)

n aceast# situa'ie generatorul debiteaz# curent:

0>GI . (2.54)

n acest regim de func'ionare se disting situa'iile urm#toare.

a. Curentul de sarcin# este nul:

0=SI , (2.55)

curentul generatorului fiind utilizat numai pentru nc#rcarea bateriei:

BG II = . (2.56)

b. Curentul de sarcin# este diferit de zero i are valoarea:

]3,0(;0 + SS II . (2.57)

n acest caz curentul generatorului asigur# curentul de sarcin# i curentul de nc#rcare abateriei (care este constant):

.; ctIIII BSBG =+= (2.58)

c. Curentul de sarcin# crete n continuare:

]4,3[SI . (2.59)

Se ajunge n punctul IS=3A cnd curentul debitat de generator este maxim i r#mneconstant. Pentru asigurarea curentului de sarcin# curentul de nc#rcare a bateriei ncepe s# scad#:

,+== BSBGG IIIIctI ;; . (2.60)

d. Curentul de sarcin# atinge valoarea:

4=SI . (2.61)

8/3/2019 Curs EEEA

31/77

31

n acest caz curentul de nc#rcare a bateriei este nul iar curentul debitat de generatorasigur# numai curentul de sarcin#:

0; == BSG III . (2.62)

e. Dac# valoarea curentului de sarcin# crete n continuare:

4>SI , (2.63)

se ajunge la situa'ia n care acesta este asigurat de cele dou# surse conectate n paralel,generatorul i bateria:

BGS III += . (2.64)

n aceasta situa'ie bateria se descarc#.

Caracteristicile generatorului care func'ioneaz# n paralel cu bateria, a c#rui tensiune estereglat# cu ajutorul regulatorului automat de tensiune, se modific# n func'ie de temperatur#. Varacaracteristica extern# a bateriei este mai pu'in nclinat#, iar regulatorul trebuie s# se regleze la otensiune mai mic#pentru a nu supranc#rca bateria. Iarna situa'ia este invers#.

2.6. Adaptarea sistemului de alimentare cu energie electric)

2.6.1. Fixarea generatoarelor de curent pe motorul cu ardere intern

Generatoarele de curent se fixeaz#pe motorul cu ardere intern# astfel nct s#primesc#ct mai mul din curentul de aer creat de ventilatorul motorului.

Antrenarea generatorului se poate face independent, n tandem (fig. 2.25) sau n triunghi(fig. 2.26).

Fig. 2.25. Antrenarea n tandem.

8/3/2019 Curs EEEA

32/77

32

Fig. 2.26. Antrenarea n triunghi.

Antrenarea n tandem are dezavantajul c# nu permite realizarea unor raporturi detransmisie mari.

Generatoarele de putere mic# se fixeaz# pe motorul cu ardere intern# prin intermediulunei articula'ii i a unor prghii care servesc i pentru crearea tensiunii necesare n cureaua dealimentare (fig. 2.27).

Fig. 2.27. Fixarea generatoarelor mici pe motor

Fixarea generatoarelor de putere mare pe motoarele cu ardere intern# se realizeaz# prinintermediul unor suporturi de ghidare.

Fig. 2.28. Fixarea generatoarelor mari pe motor.

Tensiunea din cureaua de antrenare se prescrie de obicei prin intermediul s#ge'ii curelei.

8/3/2019 Curs EEEA

33/77

33

2.6.2. Alegerea turaiei generatoruluii a raportului de transmisie

n timpul func'ion#rii motorului termic al autovehiculului tura'ia variaz# n limite foartelargi. La motoarele termice cu aprindere prin scnteie raportul dintre tura'ia de mers n gol i ceamaxim# este de 1:10. La motoarele Diesel acest raport este mai mic, avand valori de pana la 1:6.

La alegerea generatorului trebuie avut n vedere ca raportul de transmisie dintre motor igenerator s# fie ales nct generatorul s# ncarce la tura'ii ct mai mici ale motorului termic, iar latura'ie maxim# a motorului termic s# nu se dep#easc# tura'ia maxim# admis# a generatorului.

n cazul alternatoarelor, tura'ia de nceput de debitare este de 850-1000 rot/min iar tura'iamaxim# de 7000- 12.000 rot/min.

La alegerea raportului de transmisie pe lng# considerentele prezentate (privindnceperea debit#rii) mai trebuie avute n vedere dimensiunile limit# pentru fuliile de antrenare,solicit#rile curelelor de transmisie etc. De asemenea, trebuie avut n vedere c# o cretere atura'iei generatorului duce la m#rirea uzurii periilori rulmen'ilor.

2.6.3. Alegerea puterii generatorului

Generatorul electric, trebuie s# alimenteze cu energie electric# to'i consumatorii i s#asigure, n acelai timp, nc#rcarea bateriei de acumulatoare.

Puterea acestuia se calculeaz# cu rela'ia:

d

echivG

k

PP

=

1(2.65)

unde:

echivNechiv IUP = - puterea echivalent# a consumatorilor [W];

NU - tensiunea nominal# [V];

echivI - curentul de calcul echivalent [A];dk - coeficientul relativ de desc#rcare a bateriei.

La randul sau, curentul echivalent are expresia:

-=

=n

kkStechiv IkkI

1(2.66)

unde:

tk - coeficientul de timp (relativ la timpul de lucru total al autovehiculului);

Sk - coeficientul de sarcin# (relativ la sarcina nominal# a consumatorilor);

kI - curentul consumatorului k.Avnd n vedere c# regimul de func'ionare al consumatorilor trebuie corelat cu regimul

de exploatare al autovehiculului, calculul puterii generatorului se bazeaz# pe determinareacerin'elor energetice pentru cele mai tipice regimuri de parcurs ale autovehiculului: ora sauosea, zi sau noapte, iarn# sau var#, parcurs de osea sau tot-teren.

Pentru a eviden'ia nc#rcarea generatorului n cele dou# regimuri de parcurs, de osea ide ora, se prezint# n tabelul urmator valorile coeficien'ilor tk i sk pentru trei situatii concrete.

8/3/2019 Curs EEEA

34/77

34

ConsumatorulParcurs pe osea

noapteaParcurs de ora

noapteaIluminare aparate de bord 1,0 0,8 1,0 0,8Sistemul de aprindere 1,0 1,0 1,0 1,0Radio 0,5 1,0 0,5 1,0

Cu ajutorul acestor coeficien'i se poate determina puterea minim# a generatorului electricpentru a asigura un echilibru sta'ionar de nc#rcare a bateriei de acumulatoare.

Coeficientul dk reprezint#, pe de o parte, durata relativ# de desc#rcare a bateriei datorit#

func'ion#rii motorului la tura'ii mici (mers n gol, coborri n pant#), timp n care alternatoruldebiteaz# un curent mai mic de nc#rcare, iar pe de alt# parte, m#rimea relativ# a desc#rc#riibateriei datorit# consumatorilor de scurt# durat# la pornirea motorului (demarorul, instala'ia deprenc#lzire i preungere).

M#rimea coeficientului dk depinde de tipul vehiculului. El este mai mic pentru

autovehicule uoare i crete pentru autovehicule grele, datorit# faptului c# pe m#sura creteriiputerii motoarelor crete i puterea echipamentului de pornire.

Pentru calculul preliminar al puterii generatorului se recomand# pentru dk valoricuprinse in domeniul 0,1 0,15, pentru vehicule uoare i 0,150,2, pentru vehicule grele.

2.6.4. Verificarea bilanului electroenergetic al autovehiculului

Verificarea bilan'ului electroenergetic al autovehiculului are rolul de a determinaechilibrul de nc#rcare a bateriei autovehiculului pentru condi'ii reale de exploatare, verificareacaracteristicilor generatorului ales, a raportului de transmisie i a m#surii n care se poate corectaacest raport.

Pentru verificarea acestui bilan' este necesar# parcurgerea mai multor etape. Cea mai

importanta consta in determinare coeficientul de nc#rcare a bateriei Bk :

stationarinc

incB

i

ik

.

max.= , (2.67)

unde:

ninc ii = 1max. , (2.68)

Nn

I

Ii = , (2.69)

d

dstationarinc

k

ki

=

1.. (2.70)

Dupa calcularea valorii coeficientului de incarcare a bateriei se face urmatoareaverificare:

1.Bk bilan'ul electroenergetic este negativ i bateria se descarc#;

1>Bk bilan'ul electroenergetic este pozitiv, bateria se men'ine nc#rcat#, apt#pentru pornire.

8/3/2019 Curs EEEA

35/77

35

3. Sistemul de aprindere

n cazul motoarelor cu ardere intern#pentru autovehiculele rutiere, procesul de ardere sedeclaneaz# fie prin autoaprindere (cazul motoarelor Diesel), fie cu ajutorul unei scntei electrice

(cazul motoarelor cu aprindere prin scnteie). n ambele situa'ii este necesar s# se realizeze oardere normal# care s# asigure motorului att performan'e dinamice ct i performan'eeconomice. De asemenea, trebuie s# se realizeze o emisie minim# de gaze nocive.

In cazul motoarelor cu aprindere prin scanteie, este necesar s# existe un sistem deaprindere electric care s# produc# o scnteie electric#. Acest sistem poate fi alimentat de labateria de acumulatoare, n majoritatea cazurilor sau de la un generator de curent alternativ cumagnet permanent (aprinderea de la magneton).

3.1. Aparitia scanteii la descarcarea electrica in gaze

Pentru a se ob'ine scnteia necesar# amestecului carburant este necesar# o tensiuneelectric# nalt# care se aplic# ntre doi electrozi. Distan'a dintre electrozi se determin# n aa felnct str# pungerea spa'iului disruptiv s# aib# loc chiar n condi'iile presiunii nalte din cilindriimotorului.

Fenomenul de str# pungere al spa'iului dintre electrozi poate fi analizat pe bazacaracteristicii voltamperice reprezentat# n figura urmatoare.

Fig. 3.1.Caracteristica voltamperic# a desc#rc#rii electrice dintre doi electrozi.

Pe aceast# caracteristic# apar patru domenii distincte.Pe por'iunea AB tensiunea crete relativ repede dar curentul crete mult mai ncet ca

urmare a ioniz#rii externe (raze ultraviolete, nc#lzirea electrozilor etc.). In aceste conditii to'iionii au fost pui n micare, ajungndu-se la valoarea curentului de satura'ie, sI .

n punctul B s-a atins tensiunea necesara pentru aparitia unei noi surse de ionizare,ionizarea prin avalan#, datorit# energiei primite de ioni n cmp electric. Astfel, n domeniul BCapare desc#rcarea prin lic#rire sau efectul corona.

8/3/2019 Curs EEEA

36/77

8/3/2019 Curs EEEA

37/77

37

n cazul n care avansul este prea mare se spune c#pistonul estefrnt n cursa acestuiaspre punctul mort superior, iar cnd avansul este prea mic arderea ncepe cnd pistonul sedeplaseaz# deja n cursa activ#.

n ambele situa'ii puterea dezvoltat# de motor este mai mic# n raport cu combustibilulconsumat. n acelai timp piesele motorului se supranc#lzesc i sunt suprasolicitate din punct de

vedere mecanic.Curbele din fig. 3.3. subliniaza dependen'a puterii i a consumului specific al motoruluifa'# de unghiul de avans.

Fig. 3.3. Dependen'a puterii P a motorului i a consumului specific Cn func'ie de unghiul de avans $ la care se face aprinderea.

Momentul form#rii scnteii se exprim# n RAC0 (grade arbore cotit) fa'# de punctul mortsuperior (PMS).

3.2. Funcionarea sistemului de aprindere conventional(cu alimentare de la bateria de acumulatoare)

Sistemului de aprindere trebuie sa indeplineasca urmatoarele functii:- acumuleaza i livreaza energia electromagnetica necesara aprinderii amesteculuicarburant;- genereaza tensiunea nalta;- repartizeaza tensiunea nalta catre dispozitivele de aprindere ale cilindrilor motorului,conform ritmului i ordinii de aprindere prescrise;- asigura str#pungerea spa'iului disruptiv i aprinderea amestecului carburant.

Energia necesar# se poate acumula n cmpul electromagnetic al unei bobine (cazulsistemelor de aprindere inductive) sau n cmpul electrostatic al unui condensator (cazulsistemelor de aprindere capacitive).

Energia acumulat#pentru o scnteie trebuie s# fie superioar# energiei necesare aprinderiiamestecului carburant pentru a se acoperi i pierderile de energie din sistem precum i pentru ase produce necesarul de energie n condi'iile grele de aprindere.

P#r'ile componente ale sistemului de aprindere conven'ional sunt:

8/3/2019 Curs EEEA

38/77

38

- bateria de acumulatoare;- acumulatorul de energie;- elementul de comand# al momentului aprinderii;- distribuitorul sincronizat cu elementul de comand#;- dispozitivul de producere a scnteii.

Schema electric# a sistemlui de aprindere conven'ional este prezentat# n fig. 3.4.

Fig. 3.4. Schema electrica a sistemului de aprindere conven'ional.

Elementele componente ale sistemului clasic de aprindere sunt:

BA - bateria de acumulatoare;k - ntreruptorul de aprindere;BI - bobina de induc'ie;R - ruptorul;D - distribuitorul;C - condensatorul;

B1, B2, B3 si B4 - bujiile.

La nchiderea ntreruptorului de aprindere k se nchide circuitul primar al bobinei deinduc'ie (atunci cand contactul ruptorului R este nchis). Curentul ce se stabilete prin nf#urareaprimar# a bobinei de induc'ie nu are o cretere brusc#. Creterea este ntrziat# dup# o varia'ieexponen'ial#pn# la valoarea IRdeterminat# de tensiunea bateriei i rezisten'a circuitului primar( 1/ RUI BAR = ).

Fig. 3.5.Varia'ia curentului primar.

8/3/2019 Curs EEEA

39/77

39

Valoarea nominal# a curentului este, n general,IR=34 A.n primarul bobinei de induc'ie se nmagazineaz# energia magnetic#:

2

21 R

m

ILW

= (3.2)

unde:1L - inductivitatea nf#ur#rii primare a bobinei de induc'ie [H]

RI - curentul de rupere din nf#urarea primar# [A]

Dup# nmagazinarea energiei magnetice n nf#urarea primar# se deschide contactulruptorului i circuitul primar se transform# ntr-un circuit oscilant. Energia cmpului magneticeste transformat# n energie electrostatic# nmagazinat# n cmpul electric al condensatorului Ci invers. Ca urmare se induc, conform legii induc'iei electromagnetice, tensiuni att n primarulct i n secundarul bobinei de induc'ie.

Tensiunea indus# n primar este aproximativ 300 V iar n circuitul secundar de 1520kV.

Tensiunea aplicat# bujiei depinde de tura'ia motorului att ca valoare de vrf ct i cadurat#. Astfel, la tura'ii mici, amestecul carburant este pu'in turbionat i varia'ia tensiunii esteprezentat# n figura 3.6.

Fig. 3.6. Varia'ia tensiunii secundare la tura'ie mic#.

La tura'ii mari amestecul carburant este intens turbionat astfel nct apar intermiten 'e lascnteie care deformeaz# imaginea tensiunii (fig. 3.7).

Fig. 3.7.Varia'ia tensiunii secundare la tura'ie mare.

Energia scnteii depinde de valoarea curentului de rupere RI . La tura'ii mici energiaacumulat# n primarul bobinei de induc'ie permite ob'inerea unor scntei puternice la tensiuneasecundar# mare.

8/3/2019 Curs EEEA

40/77

40

Pe m#sur# ce crete tura'ia, timpul ct contactele stau nchise se micoreaz# i ca urmarei curentul de rupere, respectiv tensiunea secundar#. La o anumit# tura'ie tensiunea secundar#ajunge sub tensiunea de str#pungere astfel nct nu se mai produc scntei. Limita normal# a unuisistem de aprindere conven'ional este de circa 18 000 de scntei pe minut (la un motor cu patrucilindri n patru timpi limita este de 9 000 rot/min).

Tensiunea nalt# ce se aplic#bujiilor poate fi diminuat# dac# n circuitul secundar exist#sarcini capacitive sau rezistive. Sarcinile capacitive apar la firele de nalt# tensiune cu ajutorulc#rora se conecteaz#bujiile la sistemul de aprindere.

Ele sunt cu att mai mari cu ct starea acestora este necorespunz#toare: umede, murdarede praf sau ulei.

Sarcinile rezistive apar datorit# depunerilor de zgur#provenite din arderile incomplete icare sunt bune conduc#toare de electricitate. Acestea se depun pe piciorul izolatorului i peelectrozi producnd scurtcircuitarea spa'iului disruptiv.

n fig. 3.8 este prezentat# varia'ia tensiunii secundare n func'ie de num#rul de scntei peminut pentru trei situa'ii caracteristice.

Fig. 3.8. Varia'ia tensiunii secundare n func'ie de nc#rcarea circuitului secundar.

a) nu exist# nici o sarcin# n circuitul secundar;b) exist# o sarcin# capacitiv# de 50 PF;c) exist# o sarcin# rezistiv# de 0,5 M .

3.3. Caracteristicile electrice ale sistemului de aprindere convenional

Pentru studiul caracteristicilor de func'ionare ale sistemului de aprindere alimentat de labateria de acumulatoare se va utiliza circuitul echivalent din figura urmatoare.

Fig. 3.9. Circuitul echivalent al instala'iei de aprindere.

8/3/2019 Curs EEEA

41/77

41

n schema de mai sus s-au utilizat urm#toarele nota'ii:

sU - tensiunea la bornele bateriei de acumulatoare;

1aR - rezisten'a suplimentar# (adi'ional#) de pornire;

1NR - rezisten'a nf#ur#rii primare a bobinei de induc'ie;

1C - capacitatea condensatorului din circuitul primar;

1L - inductivitatea proprie a nf#ur#rii primare;

1N - num#rul de spire al nf#ur#rii primare;

2L - inductivitatea proprie a nf#ur#rii secundare;M - inductivitatea mutual# (reciproc#);

2N - num#rul de spire al nf#ur#rii secundare;

2NR - rezisten'a nf#ur#rii secundare;

2aR - rezisten'a de deparazitare;

sR - rezisten'a suplimentar# de untare datorat# ancras#rii i afum#rii bujiei;

2C - capacitatea proprie a cablajului de nalt# tensiune.

n aceste condi'ii rezisten'a total# din circuitul primar al bobinei de induc'ie are forma:

111 aN RRR += . (3.3)

Pentru simplificare, in continuare, se neglijeaz# inductivitatea mutual# M dintre primarisecundar.

Ecua'ia diferen'ial# a circuitului primar atunci cnd contactul ruptorului k este nchis are

forma:

dt

diLiRUBA

1111 += . (3.4)

Solu'ia ecua'iei diferen'iale omogene este:

)1()( 11

1T

t

BA eR

Uti

= , (3.5)

unde1

11

R

LT = este constanta de timp a circuitului primar.

Varia'ia curentului primar este prezentat# n fig. 3.10.

Fig. 3.10.Varia'ia curentului primar.

8/3/2019 Curs EEEA

42/77

42

n figura prezentat# s-au f#cut urm#toarele nota'ii:

it -timpul n care contactul k al ruptorului este nchis;

dt - timpul n care contactul k al ruptorului este deschis;

T- durata unei perioade nchis-deschis a contactului k al ruptorului.

Valoarea curentului din circuitul primar n momentul deschiderii contactului k alruptorului este curentul de rupere RI

!

"

=

1

11 T

it

BAR e

R

UI . (3.6)

Deoarece cama ruptorului are dimensiuni constante, timpul it n care contactele stau

nchise depinde de:- tura'ia arborelui ruptorului, rn ;- num#rul de proeminen'e ale camei, z;

- ciclul motor.Dac# tura'ia motorului este mn , tura'ia arborelui ruptorului rn la un motor n patru timpi

este:

mr nn 2

1= . (3.7)

In aceste conditii frecven'a ntreruperilor, f, la ruptor va fi:

602

=

mnzf . (3.8)

Durata unei perioade T a ntreruperilor este deci:

m

dinz

ttf

T

=+==1201

. (3.9)

Daca se noteaza cu i i d timpii relativi de nchidere i deschidere a contactelor

ruptorului:

T

tii = i

T

tdd = , (3.10)

atunci

m

iii

nzTt

==

120 . (3.11)

Valoarea curentului de rupere va avea deci expresia:

8/3/2019 Curs EEEA

43/77

43

!

"

=

mnz

i

L

R

BAR e

R

UI

120

1

1

11

. (3.12)

Din aceast# rela'ie se observ# c# valoarea curentului de rupere crete cu sc#dereainductivit#'ii 1L , cu micorarea tura'iei mn , a num#rului de cilindrii i cu creterea timpului

relativ de nchidere a contactelor.

La deschiderea contactelor ruptorului, circuitul primar devine un circuit oscilant. Energiamagnetic# acumulat# se transform# cu o frecven'# mare n energie capacitiv#. Capacitateaechivalent# a circuitului depinde i de capacitatea circuitului secundar.

Dac# se va nota cu1

2

1

2

U

U

N

NK == , raportul num#rului de spire al celor dou# nf#ur#ri

ale bobinei de induc'ie atunci:

22

11 CKCCech += . (3.13)

Dac# se neglijeaz#pierderile rezult# c#:

cm WW = , (3.14)

sau:

21

21

2

1

2

1UCIL echR = . (3.15)

Dar

12 KUU = . (3.16)

CuK

UU 21 = , din relatia anterioara, prin inlocuire in n (3.15), se ob'ine:

2

222

1 2

1

2

1

K

UCIL echR = , (3.17)

de unde:

22

1

112

CKC

LkI

C

LKIU R

ech

R+

== , (3.18)

cuIR este dat de (3.12).

8/3/2019 Curs EEEA

44/77

44

3.4. Bobina de inductie

3.4.1. Construciai caracteristicile bobinei de inducie

Bobina de induc'ie are rolul de a produce o tensiune nalt# la cap#tul nf#ur#rii

secundare. Deosebirile care apar ntre diferitele tipuri de bobine se refer# la materialul carcasei(tabl# sau mas# plastic#), la masa de umplere bituminoas#, r#ini epoxidice sau ulei mineral)locul de amplasare a rezisten'ei adi'ionale (n carcas#, n exteriorul bobinei sau lipsa acesteia),puterea bobinei (mic#, medie sau mare), tensiunea de alimentare (6, 12 sau 24 V).

Construc'ia bobinei de induc'ie este prezentat# n fig. 3.11.

Fig. 3.11. Construc'ia bobinei de induc'ie.

Notatiile utilizate in figura anterioara au urmatoarele semnificatii:1 infasurare primara;2 infasurare secundara;

3 material de umplere;4 miez feromagnetic.Miezul feromagnetic se execut# din tabl# silicioas# avnd grosimea de 0,5 mm sau din

srm# de fier moale cu mm5,0= . El este introdus ntr-o carcas# din carton electrotehnic pestecare se execut# nf#urarea secundar#.

Infasurarea secundara se realizeaza din cupru emailat avnd diametrul srmei de0,060,08 mm i 15 00025 000 spire aezate pe 60 80 straturi. ntre straturile nf#ur#riisecundare se aeaz# cte 2-4 straturi de hrtie de condensator cu grosimea de 0,02 mm. Primul iultimul strat au un num#r redus de spire pentru a evita str#pungerile.

Deasupra nf#ur#rii secundare se bobineaz# nf#urarea primar#. AceastaEa se execut#din conductor de cupru emailat (Cu-Em) cu mm17,0 = , avnd un num#r de 200400 spire

aezate pe 5 6 straturi, izolate ntre ele cu hrtie de condensator sau m#tase l#cuit# de 0,10,2mm. Cele dou# nf#ur#ri se separ# ntre ele printr-un carton gofrat sau hrtie electroizolant#.

Izolarea fa'# de circuitul magnetic exterior se realizeaz# printr-un strat de hrtieelectroizolant#.

Dispunerea nf#ur#rii primare peste cea secundar#prezint# urm#toarele avantaje:- r#cirea mai bun# a nf#ur#rii primare ( AI 35,21 = fa'# de )2,01,02 AI = ;- coeficientul de cuplaj magnetic mutual ntre nf#ur#ri mai mare;- izolarea nfaur#rii secundare este mai simpl# i mai economic#.

8/3/2019 Curs EEEA

45/77

45

Cele dou# nf#ur#ri mpreun# cu miezul se introduc n carcas#, care se umple cu ulei saualt material, cu scopul de a m#ri gradul de izolare i de a mbun#t#'i r#cirea nf#ur#rilor.

La motoarele rapide sunt necesare bobine de induc'ie cu o putere mare. Aceasta serealizeaz#prin m#rirea curentului primar (limitat ns# de prezen'a contactelor ruptorului) i prinmicorarea inductivit#'ii primare, respectiv prin micorarea num#rului de spire primare. n aceste

cazuri bobina, care r#mne la dimensiunile obinuite, nu asigur# degajarea n ntregime a c#lduriiproduse.Ca urmare se micoreaz# rezisten'a nf #ur#rii primare (prin alegerea unui conductor mai

gros), iar compensarea rezisten'ei se face cu o rezisten'# adi'ional# ( aR ) plasat# n afara bobinei.

Pentru asigurarea unei energii bune la pornire, aR se poate scurtcircuita de c#tre un contact din

demaror.

3.4.2. Verificarea bobinei de inducie

Pentru nceput se verific# vizual aspectul exterior al bobinei, adic# se controleaz#bornelei carcasa care nu trebuie s#prezinte fisuri sau lovituri, capacul s# nu aib# sp#rturi i s# nu existe

urme de scurgeri de ulei.Verificarea nf#ur#rii primare la ntrerupere se face cu lampa de control alimentat# de la

o baterie de acumulatoare sau prin m#surarea direct# a rezisten'ei cu ohmetrul, care trebuie s#corespund# cu valoarea indicat#pentru bobina respectiv#.

Verificarea rezisten'ei izola'iei la mas# se face aplicnd timp de 3 minute ntre una dintrebornele nf#ur#rii primare i carcasa metalic# o tensiune de 500 V i 50 Hz. n acest interval nutrebuie s# se produc# desc#rc#ri. Valoarea rezisten'ei izola'iei la mas# m#surat# cu megohmetrulla tensiunea de 500 Vcc trebuie s# fie egal# sau mai mare de 50 M .

Verificarea nf#ur#rii secundare se face prin probele pe stand i const# n:- verificarea la ntrerupere a nf#ur#rii secundare. n acest scop se nseriaz# ntre borna

central# i borna B + sau 15 a bobinei o lamp# de control alimentat# la re'eaua de 220 V; dac#prin atingerea bornei se produc scntei nseamn# c# nf#urarea nu este ntrerupt#; o verificaremai precis# const# n m#surarea cu ohmetrul a rezisten'ei nf#ur#rii secundare care trebuie s#corespund# valorii recomandate pentru respectiva bobin#;

- m#surarea tensiunii nf#ur#rii secundare se face n mod indirect m#surnd lungimeascnteii sl ntre electrozii unui eclator standard; cu ct sl este mai mare cu att max2U este mai

mare;- proba cu eclatori prev#zu'i cu unt se efectueaz# n aceleai condi'ii cu deosebirea c# n

paralel cu eclatorul se monteaz# o rezisten'# de 1 M ; lungimea scnteii nu trebuie s# semicoreze mai mult de 75% fa'# de valorile ob'inute la proba precedent#; se simuleaz# astfelcondi'iile mai grele din cilindrii motorului reprezentate de scurgerile de curent datorit#depunerilor de calamin#;

- proba de supratensiune; se alimenteaz# circuitul primar al bobinei de induc'ie cu otensiune de 17 V, se rotete arborele ruptorului la tura'ia de 1800 rot/min i se racordeaz# fiacentral# la eclatorul reglat la distan'a de 10 mm; bobina trebuie s# suporte aceast#prob# timp de30 minute; apoi ea trebuie s# suporte 10 minute o prob# cu circuitul secundar ntrerupt, sub otensiune n primar de 17 V.

8/3/2019 Curs EEEA

46/77

46

3.5. Bujia

3.5.1. Constructia bujiei

Dispozitivul care con'ine electrozii ntre care se produce desc#rcarea electric# necesar#

aprinderii amestecului carburant se numete bujie. Construc'ia este prezentat# n fig. 3.12.

Fig. 3.12. Construc'ia bujiei.

Notatiile utilizate au urmatoarele semnificatii:1 - izolator;2 - corp metalic;3 - garnitur# de etanare;4 - electrod central;5 - electrod lateral;

6 - born# de nalt# tensiune.Electrodul central se execut# fie din o'el pe baz# de Cri Ni, fie din platin# (numai vrful

electrodului central). El poate fi continuu sau ntrerupt de o rezisten'# ( 0 10000 ) sau de unspa'iu disruptiv (care m#rete tensiunea de str#pungere i favorizeaz# aprinderea chiar cu bujiaancrasat#.

Clasificarea constructiv# a bujiilor se poate face dup# urm#toarele criterii:- dup# construc'ie (demontabil# i nedemontabil#);- dup# construc'ia electrodului central;- dup# construc'ia electrodului lateral;- dup# dimensiunea i lungimea filetului;- dup# modul de realizare a etan#rii n chiulas# (pe con sau pe garnitur#).

3.5.2. Solicitrile bujiei

n timpul func'ion#rii, bujia este solicitat# din punct de vedere termic, mecanic, electric ichimic.

a) Solicitarea termic#Presiunea de compresie din camera de ardere i tura'ia motorului cu ardere intern#

conduc la creterea temperaturii din camera de ardere. La aceasta se adaug# temperaturile mari

8/3/2019 Curs EEEA

47/77

47

ale p#r'ilor bujiei expuse direct la flac#ra de ardere a amestecului carburant. Deoarece c#lduradezvoltat# n camera de ardere este func'ie de sarcina motorului, bujia este supus# la solicit#ritermice variabile.

C#ldura primit# de bujie n timpul unui ciclu este cedat# astfel:

- 20% din c#ldur# este preluat# de gazele proasp#t admise;- 20% din c#ldur# este transferat#prin conduc'ie spre chiulas#prin mbinarea filetat#;- 38% din c#ldur# este pierdut# prin construc'ie prin sistemul de etanare (garnitur# sausuprafa'a conic# de etanare) spre chiulas#;- 20% din c#ldur# sunt cedate aerului nconjur#tor prin suprafa'a exterioar# a corpuluibujiei i izolatorului;- 2% din c#ldur# este cedat#prin electrodul central.

n principiu solicit#rile termice ale bujiei sunt date de varia'iile mari de temperatur#,r#ciri i nc#lziri repetate ale ciocului bujiei care sunt mai accentuate la tura'ii reduse.

De asemenea, tensiunile termice care iau natere datorit# diferen'ei de temperatur# dintre

ciocul bujiei i corpul acesteia, solicit# excesiv din punct de vedere termic bujia.n regim normal de func'ionare piciorul izolatorului are o temperatur# medie de

12001500 C0 iar ciocul bujiei o temperatur# de 800 925 C0 .Deoarece temperatura corpului izolatorului n contact cu aerul din compartimentul motor

este de aproximativ 80 C0 , rezult# o diferen'# de temperatur# ntre cele dou# capete ale bujiei

(50 mm) de aproximativ 750 C0 .

b) Solicitarea mecanic#n timpul ciclului de func'ionare a motorului cu ardere intern# presiunea din cilindru

variaz# de la presiunea atmosferic#pn# la maximum 50 daN/cm 2 .Aceast# solicitare are un caracter variabil, dup# cum rezult# din figura urmatoare.

Fig. 3.13. Varia'ia presiunii gazelor din cilindru n timpul unui ciclu.

Solicitarea mecanic# a bujiei este determinat# i de prestrngerea la montaj pentruasigurarea etan#rii n chiulas# precum i de coeficien'ii de dilatare diferi'i ai componentelorbujiei.

c) Solicitarea electric#Aceast# solicitare se datoreaz# tensiunii mari la care este supus#bujia, de pn# la 25 kV,

la sistemele inductive de aprindere i de pn# la 3538kV, la sistemele de aprindere cu

8/3/2019 Curs EEEA

48/77

48

acumulare capacitiv#. Tensiunile mari i scnteile puternice necesare aprinderii amesteculuicarburant din camera de ardere duc la eroziunea electrozilor i deci la scurtarea duratei defunc'ionare a bujiei.

Marimea spa'iului dintre electrozi contribuie la func'ionarea anormal# a ntregului sistemde aprindere i n consecin'# a mororului cu ardere intern#. Rezisten'a volumetric# i superficial#

trebuie s# fie suficient de mare (1000

5000M ).d) Solicitarea chimic#Creterea continu# a temperaturilori presiunilor din camera de ardere a dus la ridicarea

cifrei octanice a benzinei, lucru ce s-a realizat prin diferite adaosuri de tetraetil de plumb,tetrametil de plumb, substan'e manganoase etc. Cerin'ele func'ionale i de economicitate impunintroducerea i a altor substan'e cum ar fi fosfor, brom, diclorid de etilen# etc. Aceste adaosurinu ard complet i reziduurile lor influen'eaz# negativ rezisten'a izolatorului.

n principal substan'ele care produc solicitarea chimic# a bujiei sunt:- ozonul, oxidul de azot i acidul azotic care se produc n urma amors#rii scnteii (atac#suprafe'ele electrozilor);

- sulful din combustibil (atac# izolatorul i electrozii);- reziduurile pe baz# de plumb (oxid i sulfat de plumb) care se depun pe bujie (atac#partea ceramic#, iar n strat gros conduc curentul electric i anuleaz# scnteia).In plus, datorit# temperaturii ridicate, are loc oxidarea i coroziunea electrozilor.

3.6. Aprinderea electronica

Aprinderea electronic# este un termen prin care se denumete de obicei un sistem (sau oparte a unui sistem) de aprindere care con'ine i elemente electronice. Aceast# categorie a ap#rutodat# cu dezvoltarea componentelor electronice active (tranzistor, tiristor, circuite integrate etc.)ca o necesitate de a nl#tura o parte din dezavantajele aprinderii clasice printre care:

Prezen'a ruptorului mecanic care antreneaz# dup# sine urmatoarele aspecte:-Uzura mare mecanic# (prin frecare cu cama) i electric# (prin arcul electric ce apare

inerent la desfacerea contactelor). Aceasta determin# att necesitatea ntre'inerii periodice(cur#'are contacte, reglarea distan'ei ntre contacte), o durat# scurt# de via'# (aprox. 40 000 km),ct i o fiabilitate sc#zut# n exploatare.

- Limitarea curentului maxim prin bobin# la 5-6A peste aceast# limit# arcul electric ladeconectare devine important i duce la distrugerea rapid# a contactelor. Acest fapt limiteaz#

energia care se poate acumula n bobin# ( 2/2ILWm = ), deci energia ce se poate da bujiei, cti tura'ia maxim# de func'ionare.

- Imprecizia n comanda scnteii, care se datoreaz# att toleran'elor de realizare a p#r'ilor

mecanice ct i jocului i uzurilor mari ce se produc. Rezult# o precizie cel mult de 1-2 gradecare se transpune n exploatare printr-o func'ionare necorespunz#toare (noxe, cuplu mai mic,consum mai mare de combustibil).

- Ob'inerea unei energii livrate bujiei, (deci a unei tensiuni secundare maxime) ce nusatisface dect pe o por'iune a gamei de tura'ie. Se constat# astfel o sc#dere a tensiunii la tura'iimici datorit# vitezei mici de desfacere a contactelor, care determin# o stingere deficitar# a arculuielectric la ruptor, care devine important i consum# astfel din energia bujiei. Aceasta antreneaz#o pornire defectuoas#. Acest fenomen este accentuat de sc#derea tensiunii de alimentare la

8/3/2019 Curs EEEA

49/77

8/3/2019 Curs EEEA

50/77

50

La aceste scheme contactul propriu-zis este nlocuit ca n fig. 3.14 de un traductorelectronic de pozi'ie.

Fig. 3.14. Traductor inductive.

Acesta este n primul caz inductiv, format n locul camei dintr-o plac # cu gheare metalicemagnetice ce se rotesc n dreptul unui magnet i a unei bobine ce nlocuiesc platina. Cnd ghearaeste n dreptul bobinei cmpul magnetic este accentuat iar cnd nu, este sl#bit. Aceast# varia'iede cmp induce n bobin# o tensiune electromotoare alternativ#. Amplitudinea acestei tensiunieste dependent# de cmpul inductor al magnetului i de viteza de rota'ie a ghearei.

La ora actual# magne'ii permanen'i sunt suficien'i de stabili. n schimb mai ales la tura'iimici tensiunea livrat# fiind mic#, poate fi afectat# de zgomotul electromagnetic exterior. Dinaceast# cauz# sistemul are nevoie de un circuit de prelucrare i amplificare ce comand#nchiderea/deschiderea tranzistorului 2T care ac'ioneaz#bobina de induc'ie. Este de remarcat c#

n acest caz avansul se regleaz# tot mecanic (centrifugal modificnd pozi'ia ghearelor ivacumatic modificnd pozi'ia platoului cu bobina traductoare i magnetul). Unghiul Dwell poatefi i variabil, modificat electronic.

O alt# solu'ie (fig. 3.15) este utilizarea unui traductor Hall.

Fig. 3.15. Traductor Hall.

8/3/2019 Curs EEEA

51/77

51

Notatiile utilizate au urmatoarele semnificatii:1-gheare;2-arm#tur# i magnet;3- integrat Hall;4-ntrefier.

Acesta se prezint# sub forma unui circuit integrat care st# n cmpul unui magnet. ntremagnet i integrat se poate interpune o ghear# feromagnetic# rotitoare, (ecran), de l#'ime b. Cndcmpul generat de magnet ajunge la integrat aceasta scoate la ieire o tensiune de valoare ridicat#(nivel logic 1). Cnd n dreptul magnetului vine gheara, aceasta ecraneaz# integratul, cmpulcare mai ajunge scade c#tre zero, iar tensiunea de ieire comut# la o valoare foarte sc#zut# (nivellogic 0). Rezult# c# tensiunea de ieire este independent# de tura'ie depinznd doar de l#'imeaghearei, care stabilete unghiul Dwell (constant). De asemenea, poate fi f#cut# o prelucrareelectronic#pentru un unghi Dwell variabil. Cu toate aceste avantaje, traductoarele Hall sunt nc#dependente de temperatur# i mai sensibile.

O alt# solu'ie posibil# este traductorul optic. Acesta presupune nlocuirea n fig.3.34.b, a

magnetului cu o surs# de lumin# i a integratului cu un fototranzistor. Traductorul nu estesensibil la perturba'ii electromagnetice, dar este sensibil la depunerea unor corpuri str#ine ntrebec i fototranzistor. El este sensibil i la temperatur#, nct utilizarea sa pe autovehicule estesc#zut#.

O alt# categorie de scheme de aprindere utilizeaz# un alt principiu de func'ionare ianume nmagazinarea capacitiv# a energiei ntre dou# scntei (fig. 3.15). Astfel un condensator(C) este nc#rcat la tensiune mare (n jur de 300V) ntre dou# scntei de c#tre un convertor cc/cc(asem#n#tor cu blitz-ul foto). Cnd se dorete o nou# scnteie se nchide comutatorul electronicTh care este un tiristor. n acest caz condensatorul se descarc#pe primarul bobinei. Se formeaz#un circuit oscilant L-C care ncepe s# oscileze cu frecven'# mare, determin# o circula'ie foarterapid# a curentului prin primar deci o tensiune indus# mare, care d# o tensiune de aprindere mare(n jur de 30 kV).

ns# desc#rcarea oscilant# a condensatorului, dureaz# foarte pu'in, o semiperioad#, prinblocarea tiristorului. Rezult# c# i scnteia va dura mai pu'in (aprox. s70 n loc de 1,5 ms laaprinderea clasic#). Acest lucru este nefavorabil, mai ales la amestecurile ce se utilizeaz# actual.O mbun#t#'ire a schemei este func'ionarea cu scntei multiple. n acest caz se d# un tren descntei (ajungnd pn# la 1000) n loc de una, n momentul necesar aprinderii. Sistemul necesit#ns# componente cu viteze mari de comuta'ie i o logic# adecvat# de comand# i sincronizarefapt care crete pre'ul i i-a limitat r#spndirea.

Fig. 3.16. Schema bloc a prinderii electronice capacitive.

8/3/2019 Curs EEEA

52/77

52

Pe lng# aceste scheme principale s-au dezvoltat i numeroase alte variante, pentruridicarea tensiunii secundare, pentru creterea energiei nmagazinate, etc., dar care nu au or#spndire prea larg#.

O rezolvare complet# a tuturor problemelor expuse anterior, o reprezint# aprindereaelectronic# integral# (AEI), (fig. 3.17). Aceasta este format# dintr-un bloc electronic care comut#

bobina de induc'ie i care primete toate informa'iile necesare de la o serie de traductoareamplasate corespunz#tor. Acestea dau informa'ii despre: pozi'ia (i prin derivare viteza)arborelui cotit (un traductor inductiv asem#n#tor celui prezentat anterior); sarcina (de faptdepresiunea din galeria de admisie ce se transmite unei doze vacumetrice solidar# cu cursorulunui poten'iometru); faptul c# este plin# sarcina sau mers n gol (dou# comutatoare plasate peclapeta de accelera'ie); temperatura motorului (un termistor); tensiunea bateriei; existen'adetona'iilor (senzor piezoelectric de accelera'ie), etc. Pe baza tuturor acestor informa'iicalculatorul furnizeaz# conform unui algoritm predefinit momentul otim de producere a scnteiii momentul nceperii conduc'iei bobinei (principiul energiei constante).

Fig. 3.17. Schema bloc a aprinderii electronice integrale.

8/3/2019 Curs EEEA

53/77

53

4. Sistemul de pornire

4.1. Clasificarea sistemelor de pornire

Sistemele de pornire ale motoarelor autovehiculelor rutiere au rolul de a aduce acestemotoare din starea de repaus n starea de micare pn# n momentul necesar aprinderiiamestecului carburant, deci a mic#rii autonome.

Aceste sisteme trebuie s# ndeplineasc# urm#toarele condiii:- s# asigure tura'ia i cuplul necesar pentru condi'i