4. Elementy instalacji elektrycznych.doc

4.               ELEMENTY INSTALACJI ELEKTRYCZNEJ

4.1 Elementy instalacji elektrycznej i ich przeznaczenie

Instalacja elektryczna maszyn składa się z (rys. 4.1):

a)      źródeł prądu elektrycznego:

Ø     akumulator lub zespół akumulatorów);

Ø     alternatora lub prądnicy;

b)     odbiorników prądu elektrycznego:

Ø      rozrusznik;

Ø      silniki elektryczne: wycieraczek, dmuchawy nagrzewnicy, podgrzewania oleju;

Ø      żarówki lamp: drogowych, postojowych, mijania, „stop”, kierunkowskazów, pozycyjnych, oświetlenia kabiny, reflektora-szperacza, lamp oświetlających miejsce pracy;

Ø      żarówki przyrządów kontrolno-pomiarowych;

Ø      czujniki: temperatury płynu chłodzącego, temperatury oleju silnikowego, temperatury oleju hydraulicznego, ciśnienia powietrza;

Ø      sygnał elektryczny;

Ø      świeca żarowa (żarnik świecy płomiennej);

Ø      licznik motogodzin;

Ø      obrotomierz;

Ø      woltomierz;

Ø      amperomierz;

c)      przyrządów pomocniczych:

Ø      regulator napięcia;

Ø      bezpieczniki;

Ø      wyłączniki, przyciski, przełączniki;

Ø      gniazda wtykowe;

Ø      stacyjka;

d)     przewodów elektrycznych.

W celu ułatwienia identyfikacji przewodów łączących różne urządzenia elektryczne, położone w różnych częściach maszyny stosuje się różnokolorowe izolacje tych przewodów, których barwy podają fabryczne schematy instalacji elektrycznej.

Do oznaczenia przewodów używa się siedmiu podstawowych kolorów:

Ø        brązowy – w obwodzie akumulatora, „biegnie” on od akumulatora lub elektromagnetycznego wyłącznika rozrusznika do amperomierza lub regulatora zespolonego, a następnie do wyłącznika zapłonu i świateł;

Rys. 4.1. Elementy instalacji elektrycznej

Ø        żółty – w obwodzie prądnicy (alternatora), łączy on zacisk d prądnicy z odpowiednim zaciskiem regulatora oraz lampką kontrolną pracy prądnicy;

Ø        biały – w obwodzie zapłonu i do wszystkich urządzeń elektrycznych będących pod napięciem dopiero po włączeniu zapłonu, ale nie wymagających bezpieczników;

Ø        zielony – w podstawowych obwodach zasilanych prądem przez wyłącznik zapłonu       i chronionych przez bezpiecznik obwodu zapłonu, np. światła hamulcowe, kierunkowskazy, wycieraczka;

Ø        niebieski – w obwodzie świateł głównych;

Ø        czerwony – w obwodzie świateł pozycyjnych lub postojowych, przeciwmgielnych, oświetlenia tablicy rozdzielczej itp.;

Ø        czarny – połączenie z masą, jeśli niektóre urządzenia nie są wewnętrznie połączone   z masą, należy przewodem połączyć je do odpowiedniego punktu nadwozia.

Ścisłe trzymanie się wyżej przedstawionych zasad znacznie ułatwia orientowanie się        w schematach połączeń elektrycznych.

4.2. Źródła prądu

Prądnice prądu stałego

W pojazdach mechanicznych stosuje się – obecnie już rzadko – samowzbudne  bocznikowe prądnice prądu stałego, przystosowane do pracy w instalacji jednoprzewodowej.

We wnętrzu cylindrycznego korpusu prądnicy  są przy­kręcone 2 lub 4 nabiegunniki (rys. 4.2). Zarówno korpus, jak nabiegunniki są wykonane ze stali o dużej przenikalności magnetycznej. Na każdym nabiegunniku znajduje się cewka uzwojenia wzbudzenia. Cewki te są połączone szeregowo bądź szeregowo i równolegle. Jeden koniec uzwojenia wzbudzenia jest wyprowadzony na zewnątrz i oznaczony jako złącze wzbudzenia, a drugi połączony ze szczotką prądową lub szczotką uziemioną, zależnie od stosowanego systemu regulacji prądu wzbudzenia.

Korpus prądnicy z obu stron jest zamknięty pokrywami wykona­nymi z materiału nie przewodzącego strumienia magnetycznego (prze­ważnie z żeliwa lub stopów aluminium), w które są wciśnięte łożyska kulkowe twornika, na ogół wyposażone w blaszane osłony chroniące przed zanieczyszczeniami. Korpus wraz z pokrywami i uzwojeniami wzbudzenia stanowi nieruchomą część prądnicy, zwaną stojanem.

W stojanie jest ułożyskowany wał twornika, na który z kolei wciśnięty jest pakiet odizolowanych od siebie krążków z blachy magnetycznej, z wycięciami w kształcie teowych żłobków. Jest to rdzeń twornika. Wewnątrz żłobków, wyłożonych ceratą izolacyjną, są ułożone zwoje cewek stanowiących uzwojenia twornika, w których powstaje prąd. Przed wypadnięciem zwoje te są zabezpieczone za pomocą listewek. Aby pulsacja prądu wytwarzanego przez prądnicę była stosun­kowo mała, w tworniku umieszcza się kilka, a nawet kilkanaście cewek przesuniętych względem siebie o kąt 360°: i (gdzie i – liczba cewek).

Zakończenia zwojów cewek są przylutowane do odpowiednich działek komutatora, wykonanego z miedzianych płytek odizolowa­nych od siebie. Komutator ma tyle działek, ile jest cewek uzwojenia twornika. Do każdej działki komutatora jest przylutowany koniec uzwojenia jednej cewki i początek uzwojenia drugiej (sąsiedniej), tak że tworzą one zamknięty obwód.

W przypadku przewodzenia dużego prądu w połączeniu komutator-szczotka występuje iskrzenie, zwłaszcza przy dużej prędkości po­ślizgu szczotek. Ogranicza to maksymalną prędkość obrotową prąd­nic do 10 000 obr/min. Charakterystykę prądnicy, tzn. zależność napięcia od prędkości obrotowej, ilustruje rys. 4.3. W instalacji elektrycznej pojazdu konieczne jest zastosowanie urządzenia wyłącza­jącego, które odcina przepływ prądu z akumulatora do prądnicy w okresie, gdy jej napięcie jest niższe od napięcia Uzn akumulatora. Powodowałoby to bowiem zniszczenie uzwojeń prądnicy i rozładowa­nie akumulatora. Prądnica nie może też pracować bez urządzeń regulacyjnych, ograniczających nadmierny wzrost jej napięcia przy dużej prędkości obrotowej.

Regulator napięcia spełnia następujące zadania:

Ø        odłącza prądnicę od instalacji, gdy jej napięcie jest niższe od napięcia akumulatora;

Ø        utrzymuje stałe napięcie prądnicy w całym zakresie prędkości obrotowej;

Ø        ogranicza maksymalną wartość prądu wytwarzanego przez prąd­nicę.

Rys. 4.3. Charakterystyka prądnicy

Prądnice prądu przemiennego (alternatory)

Obecnie stosuje się trój­fazowe synchroniczne prądnice prądu przemiennego, zwane alternato­rami. Wyposażone są w półprzewodnikowe prostowniki, niezbęd­ne do zasilania prądem stałym współpracującej z akumulatorem instalacji pojazdu.

Budowę alternatora przedstawia rys. 4.4. Twornik stojana, w po­staci pakietu blach transformatorowych, jest umieszczony między dwiema pokrywami łożyskowymi, odlanymi ze stopu aluminiowego. W rowkach stojana znajduje się 18 cewek uzwojenia trójfazowego.       W każdej gałęzi jest szeregowo połączonych 6 cewek, tj. tyle, ile par biegunów magnetycznych ma wirnik. Sąsiednie cewki fazowe są prze­sunięte o kąt odpowiadający 1/3 kąta rozstawienia biegunów jednej nakładki, tzn. w przypadku sześciu biegunów o kąt 20°. Uzwojenie twornika jest połączone w układ gwiazdy lub w układ trójkąta.

Rys. 4.4.B. Alternator

W uzwojeniach twornika powstaje prąd przemienny trójfazowy. Do przekształcenia go         w prąd stały służy wbudowany w alternator prostownik, pracujący na diodach krzemowych. Schemat elektryczny alternatora oraz przebieg indukowanej w nim siły elektromotorycznej pokazano na rys. 4.5.

Rys. 4.5. Schemat elektryczny prądnicy trójfazowej oraz wykres SEM

W alternatorze napięcie alternatora rośnie proporcjonalnie do prędkości obro­towej i wymaga regulacji, podobnie jak w prądnicach prądu stałego. Nie wymagają stosowania wyłączników prądu zwrot­nego, gdyż ich rolę odgrywają diody dodatnie prostownika.

Uwaga!

W maszynach z alternatorem nie należy podczas pracy silnika odłączać końcówek akumulatora, ponieważ uszkodzeniu mogą ulec diody prostownicze, na skutek tłumienia przepięć przechodzących z układu zapłonu. Nie należy również odłączać zacisku prądowego alternatora  od sieci elektrycznej bez uprzedniego odłączenia cewki (uzwojenia) wzbudzenia, gd...