ЗАПУСК Взимку
Запуск двигуна внутрішнього згоряння навіть легкового автомобіля взимку, та ще й після тривалої стоянки найчастіше є великою проблемою. Ще більшою мірою це питання є актуальним для потужних вантажівок та автотракторної техніки, яких чимало вже в приватному користуванні — адже експлуатуються вони переважно в умовах безгаражного зберігання.
І причина утрудненого пуску не завжди в тому, що акумуляторна батарея не першої молодості. Її ємність залежить як від терміну служби, а й від в'язкості електроліту, який, як відомо, густіє зі зниженням температури. А це призводить до уповільнення хімічної реакції за його участю та зменшення струму батареї у стартерному режимі (приблизно на 1% на кожний градус зниження температури). Таким чином навіть нова батарея взимку значно втрачає свої пускові можливості.
Щоб застрахуватися від зайвого клопоту, пов'язаного із запуском двигуна автомобіля в холодну пору року, я виготовив пусковий пристрій (ПУ).
Розрахунок його параметрів проводився за методикою, зазначеною у списку літератури [1].
Робочий струм акумуляторної батареї в стартерному режимі складає: Ір = 3 х С (А),
де С - номінальна ємність батареї в А · год.
Як відомо, робоча напруга на кожному акумуляторі («банку») має бути не нижчою за 1,75 В, тобто для батареї, що складається з шести «банок», мінімальна робоча напруга акумуляторної батареї Uр складе 10,5 В.
Потужність, що підводиться до стартера: Рст = Up x Ip (Вт).
Наприклад, якщо на легковому автомобілі встановлено акумуляторну батарею 6 СТ-60 (С = 60А (4), Рст становитиме 1890 Вт.
Такому пусковому пристрої під силу завести і трактор у лютий мороз
Мал. 1.Загальний вигляд пускового пристрою з однофазним трансформатором:
1 - первинна обмотка (мідний провід ПЕТВ Ø2, 12); 2 - вторинна обмотка (алюмінієва шина Sceч = 36 мм2); 3 - рукоятка з дерев'яною ручкою (сталева смуга 20×3); 4 - загальний висновок вторинної обмотки; 5 - плюсова клема (болт М10); 6 — скоби кріплення трансформатора до основи (сталевий пруток Ø7, обгорнутий склотканиною, просоченою епоксидною смолою, 2 шт.); 7 - мережевий вимикач з вбудованим тепловим захистом (типу АЕ-1031); 8 - мережевий шнур з вилкою; 9 - мережеві введення первинної обмотки; 10 - висновки вторинної обмотки; 11-основа (сталевий пруток 07); 12 - мінусова клема (болт М10); 13 - випрямні діоди (типу Д161 - Д250); 14 - провід, що підводить (багатожильний мідний провід Ø12 в гумовій ізоляції, 2 шт.); 15 - затискач з рукояткою (кліщі, 2 шт.); 16 - з'єднання скоби з основою (дротяне скручування, 4 шт.)
Мал. 2. Магнітопровід (тороїдальний сердечник) - доопрацьований статор асинхронного електродвигуна (зубці зрубати по колу)
Пускові пристрої з тороїдальними трансформаторами:
праворуч - з трифазним, зліва - з однофазним
Відповідно до цього розрахунку за схемою, наведеною в [2], було виготовлено ПУ відповідної потужності.
Однак його експлуатація показала, що назвати прилад пусковим пристроєм можна було лише з певною часткою умовності. Прилад був здатний працювати тільки в режимі «прикурювача», тобто разом з акумуляторною батареєю автомобіля. При низьких температурах зовнішнього повітря запуск двигуна з його допомогою доводилося здійснювати два етапи:
- Підзарядка акумуляторної батареї протягом 10 - 20 секунд;
- спільна (батареї та пристрої) розкручування двигуна.
Прийнятначастота обертання стартера зберігалася протягом 3 - 5 секунд, а потім різко знижувалась, і якщо в цей час двигун не заводився, доводилося повторювати все спочатку, іноді кілька разів. Такий процес не тільки стомливий, а й небажаний з двох причин:
— по-перше, веде до перегріву стартера та підвищеного його зносу;
- по-друге, знижує термін служби акумулятора.
Стало ясно, що уникнути зазначених негативних явищ можна лише тоді, коли потужність ПУ буде достатньою для запуску холодного двигуна автомобіля без акумулятора.
Тому було вирішено виготовити інший прилад, що задовольняє вказану вимогу. Але тепер розрахунок проводився з урахуванням втрат у випрямлювальному блоці, проводах, що підводять, і навіть на контактних поверхнях з'єднань при можливому їх окисленні. Також прийнято до уваги ще одну обставину. Робочий струм у первинній обмотці трансформатора при запуску двигуна може досягати значень 18 - 20 А, викликаючи падіння напруги в проводах освітлювальної мережі, що підводять, на 15 - 20 В. Таким чином, до первинної обмотки трансформатора буде прикладено не 220, а тільки 200 В.
Згідно з новим розрахунком за методикою, зазначеною в [3], враховуючи всі втрати потужності (близько 1,5 кВт), для нового ПУ знадобився понижувальний трансформатор потужністю 4 кВт, тобто вже майже вчетверо більшою, ніж потужність стартера. (Відповідні розрахунки були зроблені для виготовлення подібних приладів, призначених для пуску двигунів різних машин, як карбюраторних, так і дизельних, і навіть з бортовою мережею напругою 24 В. Їх результати зведені до таблиці.)
При цих потужностях забезпечується така частота обертання колінчастого валу (40 - 50 об/хв - для карбюраторних двигунів і 80 - 120об/хв – для дизельних), яка гарантує надійний запуск двигуна.
Знижуючий трансформатор був виготовлений на тороїдальному сердечнику, взятому від статора згорілого асинхронного електродвигуна потужністю 5 кВт. Площа перерізу магнітопроводу Sст = а х b = 20 х 135 = 2700 (мм 2) (див. рис.2).
Декілька слів про підготовку тороїдального сердечника. Статор електродвигуна звільняють від залишків обмотки і за допомогою гостро заточеного зубила та молотка вирубують його зубці. Зробити це не складно, тому що залізо м'яке, але потрібно скористатися захисними окулярами та рукавицями.
Матеріал і конструкція рукоятки та підстави ПУ не критичні, аби вони виконували свої функції. У мене рукоятка зроблена зі сталевої смуги перетином 20х3 мм, з дерев'яною ручкою. Смуга обмотана склотканиною, просоченою епоксидною смолою. На рукоятці змонтована клема, до якої потім приєднуються введення первинної обмотки і плюсовий провід пускового пристрою.
Основа-каркас зроблена зі сталевого прутка діаметром 7 мм у вигляді усіченої піраміди, ребрами якої вони і є. Пристрій притягується потім до основи двома П-подібними скобами, які теж обмотані склотканиною, просоченою епоксидною смолою.
До одного боку підстави прикріплений мережевий вимикач, з іншого — мідна пластина випрямного блоку (два діода). На пластині змонтовано клему «мінус». Одночасно пластина є і радіатором.
Вимикач - типу АЕ-1031, з вбудованим тепловим захистом, розрахований на струм 25 А. Діоди - типу Д161-Д250.
Ймовірна щільність струму в обмотках 3 - 5 А/мм 2 . Кількість витків на 1 робочої напруги розраховувалося за формулою: Т = 30/Sст. Число витків первинної обмотки трансформатора склало: W1 = 220 х Т = 220 х30/27 = 244; вторинної обмотки: W2 = W3 = 16 х Т = 16×30/27 = 18.
Первинна обмотка — із дроту ПЕТВ діаметром 2,12 мм, вторинна — із алюмінієвої шини площею перерізу 36 мм2.
Спочатку була намотана первинна обмотка з рівномірним розподілом витків по всьому периметру. Після цього через мережевий шнур її включають та заміряють струм холостого ходу, який не повинен перевищувати 3,5А. Необхідно пам'ятати, що навіть незначне зменшення числа витків призводитиме до суттєвого збільшення струму холостого ходу та, відповідно, до падіння потужності трансформатора та ПУ. Збільшення числа витків також небажане - воно зменшує ккд трансформатора.
Витки вторинної обмотки теж рівномірно розподіляють по всьому периметру осердя. При укладанні використовують дерев'яний молоток. Висновки потім приєднують до діодів, а діоди - до мінусової клеми на панелі. Середній загальний висновок вторинної обмотки з'єднують із «плюсовою» клемою, розташованою на ручці.
Тепер про дроти, що з'єднують пусковий пристрій зі стартером. Будь-яка недбалість у їх виготовленні може звести нанівець усі зусилля. Покажемо на конкретному прикладі. Нехай опір Rпр всього сполучного тракту від випрямляча до стартера дорівнюватиме 0,01 Ом. Тоді при струмі Ip = 250 А падіння напруги на дротах становитиме: Uпр = Ir х Rпр = 250 А х 0,01 Ом = 2,5 В; при цьому потужність втрат на дротах буде дуже значною: Рпр = Uпр х Ір = 625 Вт.
В результаті до стартера в робочому режимі буде підведено напругу не 14, а 11,5, що, звичайно ж, небажано. Тому довжина з'єднувальних проводів має бути якнайменше (Lп 100 мм 2 ). Провід треба підібрати багатожильні мідні, в гумовій ізоляції. З'єднання зі стартером для зручності робиться швидкороз'ємним, за допомогоюкліщів або потужних затискачів, наприклад, тих, що застосовують як тримач електродів для побутових зварювальних апаратів. Щоб не переплутати полярність, ручка кліщів плюсового дроту обмотана червоною ізолентою, мінусового – чорною.
Мал. 3. Принципова електрична схема пускового пристрою з однофазним трансформатором
Мал. 4. Принципова електрична схема пускового пристрою з трифазним трансформатором:
SB1 - кнопковий вимикач (типів КУ-121-1, КУ-122-1М); К1 - магнітний пускач (типів ПМЛ-4000, ПМА-4000); VD1, VD2, VD3 - випрямні діоди типів Д161-Д250; Т1-трифазний трансформатор 380/36В; К1.1, К1.2, К1.3 - нормально розімкнуті контакти триполюсного вимикача
Короткочасний режим роботи пускового пристрою (5-10 секунд) допускає його використання в однофазних мережах. Для потужніших стартерів (понад 2.5 кВт) трансформатор ПУ повинен бути трифазним.
Спрощений розрахунок трифазного трансформатора для його виготовлення можна зробити за рекомендаціями, викладеними в [3], або скористатися готовими промисловими понижувальними трансформаторами типу ТСПК - 20 А, ТМОБ - 63 та ін, що підключаються до трифазної мережі напругою 380 В і вторинним .
На закінчення кілька загальних порад та рекомендацій.
Застосування тороїдальних трансформаторів для однофазних пускових пристроїв не є обов'язковим і продиктовано лише їх найкращими масово-габаритними показниками (маса близько 13 кг). Разом з тим, технологія виготовлення ПУ на їх основі найбільш трудомістка.
Розрахунок трансформатора пускового пристрою має певні особливості. Наприклад, розрахунок кількості витків на 1 В робочої напруги, виготовлений за формулою: Т = 30/Sct (де Sct -площа поперечного перерізу магнітопроводу), пояснюється бажанням «видавити» з магнітопроводу максимум можливого на шкоду економічності. Це виправдано його короткочасним (5-10 секунд) режимом роботи. Якщо габарити не грають вирішальної ролі, можна використовувати більш щадний режим, провівши розрахунок за такою формулою: Т = 35/Sст. Магнітопровід беруть тоді перетином на 25-30% більше.
Потрібна потужність трансформатора пускового пристрою для стартерів різних машин та тракторів
Потужність, яку можна зняти з виготовленого ПУ, приблизно дорівнює потужності трифазного асинхронного електродвигуна, з якого виготовлений сердечник трансформатора.
При використанні потужного пускового пристрою стаціонарному варіанті за вимогами ТБ його необхідно заземлити. Рукоятки сполучних кліщів повинні бути в гумовій ізоляції. Щоб уникнути плутанини, «плюсову» їх частину бажано помітити, наприклад, червоною ізолентою.
При пуску акумулятор можна і не відключати від стартера. У цьому випадку кліщі приєднують до відповідних висновків акумулятора. Щоб уникнути перезаряджання акумулятора, пусковий пристрій після запуску двигуна одразу відключають.
С. ГУРІВ, с. Іллінка, Ростовська обл.
Література
1. Н. М. Ільїн, Ю.Л. Тимофєєв, В.Я. Ваня-єв. Електроустаткування автомобілів. М: Транспорт, 1982.
2. І. П. Шелестов. Радіоаматорам корисні схеми. Книга 1, М: «Солон», 1998.
3. І.Нікіфоров. Спрощений розрахунок мережевого трансформатора, «Радіо», 2000 № 10, с. 39.
4. В.Мотузас. Електропускач, "Сільський механізатор", 1988 № 4, с. 23-24.