Электропривод вспомогательного электрооборудования автомобиля

Тенденции развития различных систем автомобиля, связанные с повышением экономичности, надежности, комфорта и безопасности движения, приводят к тому, что роль электрооборудования, в част­ности электропривода вспомогательных систем, неуклонно возрас­тает. В настоящее время даже на грузовых автомобилях устанав­ливается минимум 3-4 электродвигателя, а на легковых — 5 и более, в зависимости от класса.

Электроприводом называется электромеханическая система, со­стоящая из электродвигателя (или нескольких электродвигателей), передаточного механизма к рабочей машине и всей аппаратуры для управления электродвигателем. Основными устройствами автомобиля, где находит применение электропривод, являются отопители и вентиляторы салона, предпусковые подогреватели, стекло- и фаро­очистители, механизмы подъема стекол, антенн, перемещения сиде­ний и др.

Требования, предъявляемые к электродвигателям, устанавливае­мым в том или ином узле автомобиля, обусловлены режимами рабо­ты этого узла. При выборе типа двигателя необходимо сопоставить условия работы привода с особенностями механических характеристик различных видов электродвигателей. Принято различать естественную и искусственную механические характеристики двигателя. Первая соответствует номинальным условиям его включения, нормальной схеме соединений и отсутствию каких-либо добавочных элементов в цепях двигателя. Искусственные характеристики получаются при изменении напряжения на двигателе, включении добавочных элементов в цепи двигателя и соединении этих цепей по специальным схемам.

Структурная схема электронной системы управления подвеской

Одним из наиболее перспективных направлений в развитии электропривода вспомогательных систем автомобиля является со­здание электродвигателей мощностью до 100Вт с возбуждением от
постоянных магнитов. Применение постоянных магнитов позволяет в значительной мере повысить технико-экономические показатели электродвигателей: уменьшить массу, габаритные размеры повысить КПД. К преимуществам следует отнести отсутствие обмотки возбуждения, что упрощает внутренние соединения, повышает надежность электродвигателей. Кроме того, благодаря независимомувозбуждению все электродвигатели с постоянными магнитами могут быть реверсивными.

Принцип действия электрических машин с постоянными магнитами аналогичен общеизвестному принципу действия машин с электромагнитным возбуждением — в электродвигателе взаимодейст­вие полей якоря и статора создает вращающий момент. Источник магнитного потока в таких электродвигателях - постоянный магнит. Полезный поток, отдаваемый магнитом во внешнюю цепь, не явля­ется постоянным, а зависит от суммарного воздействия внешних размагничивающих факторов. Магнитные потоки магнита вне сис­темы электродвигателя и в электродвигателе в сборе различны. Причем для большинства магнитных материалов процесс размаг­ничивания магнита необратим, так как возврат из точки с меньшей индукцией в точку с большей индукцией (например при разборке и сборке электродвигателя) происходит по кривым возврата, не сов­падающим с кривой размагничивания (явление гистерезиса). По­этому при сборке электродвигателя магнитный поток магнита стано­вится меньше, чем он был перед разборкой электродвигателя.

В связи с этим важным преимуществом используемых в авто­тракторной промышленности оксидно-бариевых магнитов является не только их относительная дешевизна, но и совпадение в определенных пределах кривых возврата и размагничивания. Но даже в них при сильном размагничивающем воздействии магнитный по­ток магнита после снятия размагничивающих воздействий стано­вится меньше. Поэтому при расчете электродвигателей с постоян­ными магнитами очень важен правильный выбор объема магнита, обеспечивающего не только рабочий режим электродвигателя, но и стабильность рабочей точки при воздействии максимально возмож­ных размагничивающих факторов.

Электродвигатели предпусковых подогревателей. Предпуско­вые подогреватели используются для обеспечения надежного пуска ДВС при низких температурах.. Назначение электродвигателей это­го типа — подача воздуха для поддержания горения в бензиновых подогревателях, подача воздуха, топлива и" обеспечение циркуляции жидкости в дизелях.

Особенностью режима работы является то, что при таких тем­пературах необходимо развивать большой пусковой момент и функ­ционировать непродолжительное время. Для обеспечения этих тре­бований электродвигатели предпусковых подогревателей выполня­ются с последовательной обмоткой и работают в кратковременном и повторно-кратковременном режимах. В зависимости от температур­ных условий электродвигатели имеют различную продолжитель­ность включения: при минус 5...минус 10 "С не более 20 мин; при минус 10...минус 2.5 °С не более 30 мин; при минус 25...минус 50 °С не более 50 мин.

Номинальная мощность большинства электродвигателей в пред­пусковых подогревателях составляет 180 Вт, частота их вращения равна 6500 мин"¹.

Электродвигатели для привода вентиляционных и отопитель­ных установок. Вентиляционные и отопительные установки предна­значены для обогрева и вентиляции салонов легковых автомобилей, автобусов, кабин грузовых автомобилей и тракторов. Действие их основано на использовании тепла двигателя внутреннего сгорания, а производительность в значительной степени зависит от характерис­тик электропривода. Все электродвигатели такого назначения пред­ставляют собой двигатели длительного режима работы, эксплуа­тируемые при температуре окружающей среды минус 40...+70 °С. В зависимости от компоновки на автомобиле отопитель­ной и вентиляционной установок электродвигатели имеют разное направление вращения. Эти электродвигатели одно- или двухскоростные в основном, с возбуждением от постоянных магнитов. Двухскоростные электродвигатели обеспечивают два режима работы отопительной установки. Частичный режим работы (режим низшей скорости, а следовательно, и низшей производительности) обеспечи­вается за счет дополнительной обмотки возбуждения.

Кроме отопительных установок, использующих тепло ДВС, на­ходят применение отопительные установки независимого действия. В этих установках электродвигатель, имеющий два выходных вала, приводит во вращение два вентилятора, один направляет холодный воздух в теплообменник, а затем в отапливаемое помещение, другой подает воздух в камеру горения.

Применяемые на целом ряде моделей легковых и грузовых ав­томобилей электродвигатели отопителей имеют номинальную мощ­ность 25-35 Вт и номинальную частоту вращения 2500-3000 мин¹.

Электродвигатели для привода стеклоочистителъных устано­вок. К электродвигателям, используемым для привода стеклоочис­тителей, предъявляются требования обеспечения жесткой механи­ческой характеристики, возможности регулирования частоты вра­щения при различных нагрузках, повышенного пускового момента. Это связано со спецификой работы стеклоочистителей - надежной и качественной очистки поверхности ветрового стекла в различных климатических условиях.

Для обеспечения необходимой жесткости механической харак­теристики используются двигатели с возбуждением от постоянных магнитов, двигатели с параллельным и смешанным возбуждением, а для увеличения момента и снижения частоты вращения использу­ется специальный редуктор. В некоторых электродвигателях ре­дуктор выполнен как составная часть электродвигателя. В этом слу­чае электродвигатель называют моторедуктором. Изменение скорос­ти электродвигателей с электромагнитным возбуждением дости­гается изменением тока возбуждения в параллельной обмотке. В электродвигателях с возбуждением от постоянных магнитов измене­ние частоты вращения якоря достигается установкой дополни­тельной щетки.

На рис. 8.2 приведена принципиальная схема электропривода стеклоочистителя СЛ136 с электродвигателем на постоянных маг­нитах. Режим прерывистой работы стеклоочистителя осуществля­ется включением переключателя 5А в положение III. В этом случае цепь якоря 3 электродвигателя стеклоочистителя является следующей : «+» аккумуляторной батареи GВ — термобиметаллический преобразователь 6 - переключатель SА (конт. 5, 6) - контакты K1:1 - SА (конт. 1, 2) — якорь - «масса». Параллельно якорю че­рез контакты К1:1 к аккумуляторной батарее подключается чувст­вительный элемент (нагревательная спираль) электротеплового реле КК1. Через определенное время нагрев чувствительного элемента приводит к размыканию контактов электротеплового реле КК1:1. Это вызывает размыкание цепи питания обмотки реле К1. Это реле отключается. Его контакты К1:1 размыкаются, а контакты К1:2 становятся замкнутыми. Благодаря контактам реле К1:2 и контак­там конечного выключателя 80 электродвигатель остается подклю­ченным к аккумуляторной батарее до тех пор, пока щетки стекло­очистителя не займут исходное положение. В момент укладки щеток кулачок 4 размыкает контакты 80, в результате чего электро­двигатель останавливается. Очередное включение электродвигателя произойдет, когда чувствительный элемент электротеплового реле КК1 остынет и это реле вновь отключится. Цикл работы стеклоочи­стителя повторяется 7-19 раз в минуту. Режим малой скорости обеспечивается путем включения пере­ключателя в положение И. При этом питание якоря 3 электродвига­теля осуществляется через дополнительную щетку 2, установленную под углом к основным щеткам. В этом режиме ток проходит только по части обмотки якоря 3. что является причиной уменьшения частоты вращения якоря. Режим большой скорости стеклоочистителя происходит при установке переключателя ЗА в положение I. При этом питание электродвигателя осуществляется через основные щет­ки и ток проходит по всей обмотке якоря. При установке переклю­чателя ЗА в положение IV напряжение подается на якори 3 и 1 электродвигателей стеклоочистителя и омывателя ветрового стекла и происходит их одновременная работа.

Рис. 8.2. Принципиальная схема электропривода стеклоочистителя:

1 — якорь электродвигателя омывателя; 2 - дополнительная щетка;

3 - якорь электродвигателя стеклоочистителя; 4 - кулачок;

5 - реле времени; б — термобиметаллический предохранитель

После выключения стекло­очистителя (положение переключателя «О»-) благодаря конечному вы­ключателю 50 электродвигатель остается включенным до момента ук­ладки щеток в исходное положение. В этот момент кулачок 4 разомк­нет цепь и двигатель остановится. В цепь якоря 3 электродвигателя включен термобиметаллический предохранитель 6, который предна­значен для ограничения силы тока в цепи при перегрузке.

Работа стеклоочистителя при моросящем дожде или слабом снеге осложняется тем, что на ветровое стекло попадает мало влаги. По этой причине увеличиваются трение и износ щеток, а также расход энергии на очистку стекла, что может вызвать перегрев приводного двигателя. Периодичность включения на один - два такта и выключение, осуществляемое водителем вручную, неудобны , да и небезопасны, так как внимание водителя на короткое время отвлекается I от управления автомобилем. Поэтому для организации кратковре­менного включения стеклоочистителя система управления электро­двигателем дополняется электронным регулятором тактов, который через определенные промежутки времени автоматически выключает электродвигатель стеклоочистителя на один - два такта. Интервал между остановками стеклоочистителя может изменяться в пределах 2-30 с. Большинство моделей электродвигателей стеклоочистителей имеет номинальную мощность 12-15 Вт и номинальную частоту вращения 2000-3000 мин'¹.

В современных автомобилях получили распространение стеклоомыватели переднего стекла и фароочистители с электрическим приводом. Электродвигатели омывателей и фароочистителей рабо­тают в повторно-кратковременном режиме и выполняются с воз­буждением от постоянных магнитов, имеют небольшую номиналь­ную мощность (2,5-10 Вт).

Помимо перечисленных назначений, электродвигатели исполь­зуются для привода различных механизмов: подъема стекол дверей и перегородок, перемещения сидений, привода антенн и др. Для обеспечения большого пускового момента эти электродвигатели