Н. Копанев - Как закаляют сталь. Сказ про дедку, бабку... и сетку...(Сделай сам №2•2005)

1) подзарядка аккумуляторной батареи в течение 10–20 секунд;

2) совместная «раскрутка» двигателя.

Приемлемая частота вращения стартера сохранялась 3–5 секунд, а затем резко снижалась. Если двигатель не заводился с первой попытки, приходилось повторять все сначала. Итак, несколько раз. Эта процедура не только утомительна, но и не желательна по двум причинам:

• ведет к перегреву стартера и его повышенному износу;

• снижает срок службы аккумулятора (зимой стартерные токи легковых автомобилей достигают 250 А. Они вызывают деформацию аккумуляторных пластин, отслоение активного вещества и т. д.).

И дело здесь не только в том, что аккумуляторная батарея «не первой свежести». Как известно из литературы ( Н.М. Ильин, Ю.Л. Тимофеев, В.Я. Ваняев. Электрооборудование автомобилей. — М.: Транспорт, 1982), разрядная емкость зависит не только от срока службы аккумуляторов, но и температуры электролита. Номинальная емкость гарантируется ТУ при температуре электролита +25 °C. С понижением температуры увеличивается вязкость электролита, что приводит к уменьшению разрядной емкости примерно на 1 % на каждый градус понижения температуры. Таким образом, даже новая аккумуляторная батарея зимой значительно теряет свои пусковые возможности.

Избежать указанных недостатков можно только в том случае, если мощность пускового устройства будет достаточной для самостоятельного (без помощи аккумулятора) запуска холодного автомобиля. Это позволит также существенно продлить активный срок службы аккумуляторной батареи.

Попробуем, примерно, оценить параметры такого пускового устройства. Как известно из литературы [1], в стартерном режиме рабочий ток аккумулятора:

I Р = 3∙ С 20, А ,

где С 20— номинальная емкость батареи ( А∙ч ).

Напряжение в стартерном режиме на каждом аккумуляторе должно быть не ниже 1,75 В. Таким образом, для 12-вольтовой батареи:

U p= 6∙1,75 В = 10,5 В ,

где U p— минимальное рабочее напряжение аккумуляторной батареи в стартерном режиме, В . Отсюда мощность, подводимая к стартеру:

P ст= U p∙ I Р, Вт

Например, если на легковом автомобиле установлена аккумуляторная батарея 6 СТ-60, то мощность, подводимая к стартеру, составит:

Р ст= 10,5∙3∙60 = 1890 (Вт).

Исключением из этого правила является аккумуляторная батарея 6 СТ—55, стартерный ток которой составляет: 1 р= 255 А, а мощность, подводимая к стартеру, может составить:

Р ст = 10,5 В х 255 А = 2677,5 Вт.

Используя данные таблицы 1, можно рассчитать мощность, подводимую к стартеру любого автомобиля.

При этой мощности обеспечивается такая частота вращения коленчатого вала (40–50 об/мин — для карбюраторных двигателей и 80-120 об/мин — для дизельных), которая гарантирует надежный запуск двигателя. (Таблица № 1).

Сопоставляя данные таблицы № 1 и расчеты, приведенные выше, можно сделать несколько выводов:

• для большинства легковых автомобилей реальная мощность, подводимая к стартеру, превышает его номинальную (паспортную) мощность в 2–2,5 раза и составляет:

1900 =< Р ст=< 2700 [Вт];

• для грузовых автомобилей с карбюраторными двигателями этот показатель может быть еще выше:

2400 =< Р ст=< 3310 [Вт];

• для автомобилей с дизельным двигателем (у них две батареи 6 СТ-190 включены последовательно):

Р ст = 2∙10,5∙570 = 11970 [Вт].

При расчете понижающего трансформатора пускового устройства необходимо учесть потери на выпрямительном блоке, подводящих проводах, окисленных контактных поверхностях соединительных клещей и выводах стартера. Как показал опыт, мощность понижающего трансформатора пускового устройства для легкового автомобиля должна быть не менее Р тр= 4 кВт.

За основу была взята схема; приведенная в [2], но с более мощным трансформатором Т 1(рис. 1).

Рис. 1. Схема однофазного пускового устройства

В авторском варианте понижающий трансформатор был изготовлен на тороидальном сердечнике от статора сгоревшего асинхронного электродвигателя мощностью 5 кВт. Его данные выглядят следующим образом:

S ст= 27 см 2, S ст= а∙ в( S ст— площадь сечения магнитопровода, см 2 ) (рис. 2).

Рис. 2, а, б . Магнитопровод

Количество витков на 1 В рабочего напряжения рассчитывалось по формуле:

Т= 30/ S cт.

Число витков первичной обмотки трансформатора составило:

W 1= 220∙ Т= 220∙30/27 = 244;

вторичной обмотки:

W 2= W 3= 16∙ Т= 16∙ Т= 16∙30/27 = 18.

Первичная обмотка намотана проводом ПЭТВ диаметром 2,12 мм, вторичная — алюминиевая шина сечением 36 мм 2. Выключатель SA1 типа АЕ-1031 (с встроенной тепловой защитой) на ток 25 А. Диоды VD1, VD2 типа Д161-250.

Амплитуда магнитной индукции в сердечнике трансформатора В μ~= 1,7 Тл. Ток холостого хода при таких значениях В„достигает значений I xx= 3,5 А, что снижает КПД трансформатора. Однгко здесь необходимо принять во внимание следующее обстоятельство. Рабочий ток в первичной обмотке трансформатора I I в момент запуска может достигать значений 18–20 А, вызывая падение напряжения в подводящих проводах осветительной сети на 15–20 В. Таким образом, к первичной обмотке трансформатора будет приложено не 220 В, а 200 В. Это снижает величину В„и ток холостого хода, что увеличивает КПД трансформатора в момент пуска.

Для желающих самостоятельно рассчитать параметры понижающего трансформатора можно воспользоваться методиками, изложенными в [2], [3] — см. список литературы.

Несколько советов о подготовке тороидального сердечника. Статор вышедшего из строя электродвигателя освобождают от остатков обмотки. С помощью остро заточенного зубила и молотка вырубают зубцы статора. Сделать это несложно, так как железо мягкое, но нужно воспользоваться защитными очками и рукавицами. Затем из металлического прутка диаметром 7–8 мм готовят две П-образные скобы, которыми сердечник трансформатора будет крепиться к рамке-основанию. На обоих концах скоб нарезают резьбу под гайки М6. Из металлической ленты, толщиной 3–4 мм и шириной 18–20 мм, согнутой П-образно, готовят рукоятку трансформатора. Края П-образной пластины дополнительно изгибают навстречу друг другу, получая «язычки» длинной 5–8 см, к которым крепят деревянную рукоятку. С этой целью в «язычках» просверливают отверстия диаметром 7 мм. Две скобы и металлическую часть рукоятки обматывают слоем ткани, пропитанной эпоксидной смолой, приклеивают к внутренней части тороида: рукоятку вверху, скобы внизу на некотором расстоянии друг от друга. Весь сердечник также покрывают одним-двумя слоями ткани, пропитанной эпоксидной смолой. После высыхания эпоксидной смолы приступают к намотке обмоток. Первичную обмотку мотают первой, равномерно распределяя по всему периметру. После выполнения первичной обмотки трансформатор включают в сеть и замеряют ток холостого хода, который не должен превышать 3,5 А. Необходимо помнить, что при В μ= 1,7 Тл сердечник близок к насыщению, а потому даже незначительное изменение числа витков будет приводить к существенному изменению тока I xx первичной обмотки.