Elektrická zařízení 4. přednáška

Elektrická zařízení 4. přednáška

Jan Koprnický TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/07.0247 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR.

Elektrická zařízení Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření

Obsah předchozí prednášky 1

Primární zdroje (základní) Rotační zdroje energie Dynamo Alternátor

Nerotační zdroje energie Fotovoltaické články Palivové články 2

Sekundární zdroje Elektrochemické akumulátory (baterie) Hybridní baterie Ultrakapacitory

2 / 40

Elektrická zařízení Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření

Obsah dnešní prednášky 1 Spouštěč 2 Zapalování 3 Elektropohony 4 Osvětlení

3 / 40

Elektrická zařízení Spouštěč Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření

Spouštěč (startér) Uvedení motoru do pohybu Protisíly tření Protisíly pomocných zařízení Vliv kompresí ve válcích Vliv setrvačných sil

Spouštěče Hydraulické Pneumatické Setrvačníkové Pomocný spal. motor Elektrické

Stejnosměrný seriový motor s ozubeným pastorkem

4 / 40


Charakteristiky stejnosměrného sériového motoru

5 / 40


Elektrické spouštěče 1 Spouštěč

Spouštěč systému Bendix Spouštěč s výsuvnou kotvou Spouštěč s výsuvným pastorkem Dynamospouštěč Alternátorspouštěč

6 / 40


Spouštěč systému Bendix Starší typ Jednoduchý Využití setrvačných sil pastorku Nevýhody Samovolné vyběhnutí ze záběru při zrychlení Větší poškození zubů Možnost vzpříčení Poruchovost tlumicích pružin

7 / 40


8 / 40

Spouštěč s výsuvnou kotvou Pastorek připojen k rotoru volnoběžnou spojkou Posun celého rotoru Dlouhý komutátor Dvojstupňové spínání Sepnutí kontaktu T → K1, F2 a F3 2 Kontakt K2 připojí F1 1

Nevýhody

1 – pastorek; 2 – lamelová spojka; 3 – kotva; 4

Velká hmotnost posuvné části – stator; 5 – kroužek; 6 – západka; 7 – pružina; Problémy na svahu

8 – pouzdro spouštěče; 9 – páka; 10 – spínací; E

Výkony 3–6 kW

– elektromagnet; F1 – hlavní sér. vinutí; F2, F3 – pomocná sér. vinutí; K1, K2, T – kontakty


9 / 40

Spouštěč s výsuvným pastorkem Nejvíce používaný Posuny – mechanicky nebo elektromagneticky Dvojstupňové spínání 1 2

Zasunutí pastorku Připojení hlavního sériového vinutí

Výkony 3–15 kW 1 – spínací kontakt; 2 – elektromagnet se spínačem; 3 – permanentní magnet; 4 – vratná pružina; 5 – zasouvací páka; 6 – setrvačník; 7 – volnoběžná spojka a pastorek; 8 – zasouvací pružina; 9 – spirála; 10 – kryt; 11 – baterie


10 / 40

Dynamospouštěč Výhody + Spojení dvou funkcí v jednom stroji + Tišší spouštění (není pastorek) + Levnější řešení

Nevýhody − Rozdíl v podmínkách funkce spouštěče a dynama Spouštěč – malé otáčky velký výkon Dynamo – velké otáčky menší výkon

− Velká hmotnost − Malá účinnost

U malých dvoutaktních motorů Konstrukce Dvě samostatná bud. vinutí Dynamo – derivační ss Spouštěč – sériový ss


11 / 40

Alternátorspouštěč CSA – Crankshaft Starter Alternator 3f stroj velkého průměru a malé délky Přímo na klikové hřídeli Výhody Spojení dvou funkcí v jednom stroji Tišší spouštění (není pastorek) Rychlejší start motoru (Systém Stop and Go) Menší hmotnost Kompaktnost

Lze použít jako mikrohybridní pohon (Stop and Go systémy)

Elektrická zařízení Zapalování Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření

Zapalování Zapálení směsi paliva a vzduchu ve vhodném okamžiku Kompresním teplem – vznětové motory Vysokonapěťovou jiskrou (výbojem) – zážehové motory

Každý výboj závisí na vlastnostech zdroje napětí a na podmínkách v prostoru jiskřiště Druhy zapalování Vysokonapěťové Nízkonapěťové – historie Zapalování povrchovými výboji

12 / 40


Dělení vysokonapětových zapalování Podle použitého zdroje a) Bateriové b) Magnetoelektrické c) Piezoelektrické

Podle použitého elektrického akumulačního prvku a) Indukční b) Kapacitní

Podle konstrukce a) Klasické – mechanický přerušovač b) Polovodičové tyristorové (kondenzátorové) c) Polovodičové tranzistorové

Základní typy zapalování (Bosch) a) b) c) d) e)

Klasické zapalování Tranzistorové zapalování – mech. předstih, rozdělovač Elektronické zapalování – mech. rozdělovač Plně elektronické zapalování Kondenzátorové zapalování

13 / 40


Vysokonapěťové zapalovací svíčky Pracovní podmínky Teplotní výkyvy 60–2500 ◦ C Vysoké tlaky až 6 MPa Agresívní chemické prostředí (palivo, exploze) Vysoké napěťové rázy až 30 kV

Výrobci BOSCH EYQUEM DENSO BRISK CHAMPION NGK

14 / 40


Konstrukce vysokonapěťové zapalovací svíčky 1

Koncovka pro zapalovací kabel

2

Střední elektroda

3

Izolátor

4

Lem těla svíčky

5

Těsnící prášek

6

Tělo svíčky se závitem

7

Zátav

8

Zátav

9

Podložka

10

Střední elektroda

11

Vnější kostřící elektroda

12

Šroubení

15 / 40


Vysokonapěťové zapalování I Magnetoelektrické Energie se získává z otáčivého pohybu magneta Rotující magnet, rotující cívka, rotující mg. můstek, atd.

Bateriové Transformace energie z baterie Části Zapalovací cívka Přerušovač Rozdělovač

Indukované napětí u = −N

dΦ dt

16 / 40


Vysokonapěťové zapalování II Piezoelektrické Varianta kondenzátorového zapalování bez převodového transformátoru VN se získává tlakem na piezomateriál

Elektronické zapalování Výhody proti již zmíněným typům zapalování Spolehlivější Přesnější Menší opotřebení kontaktů

Nevýhody Složitější

Viz dále

17 / 40


Elektronické zapalování Dělení 1 2

Elektronické s odlehčením kontaktů přerušovače Kondenzátorové nebo induktivní – použití přerušovače a rozdělovače Energie kondenzátoru: WC = 12 CU 2 Energie cívky: WL = 12 LI 2

3

Bezkontaktní zapalování s rozdělovačem – synchronizace zapálení jiskry není řešena mechanicky Fotoelektrický snímač Hallův snímač Indukční snímač

4

Bezkontaktní – statické (viz měřená úloha) Není žádná pohyblivá část Řízení mikropočítačem

18 / 40


Bateriové zapalování s mechanickým přerušovačem Schéma zapojení

Vačky přerušovače pro n-válcové motory

19 / 40


20 / 40

Elektronické bezkontaktní zapalování s Hallovým snímačem Schéma zapojení

Hlava rodělovače

1

Hallův snímač

2

Clona přerušující mg. pole mezi magnetem a snímačem


Elektronické bezkontaktní zapalování Čtyřvývodová zapalovací cívka

1

Sekundární vinutí

2

Magnetické jádro

3

Vývod vysokého napětí pro válec 1

4

Vývod vysokého napětí pro válec 4

5

Přívod proudu do primarního vinutí

6

Primární vinutí

21 / 40


Plně elektronické zapalování Schéma

1

Zapalovací svíčka

2

Dvoujiskrová zapalovací cívka

3

Spínač škrticí klapky

4

Řídicí jednotka s integrovanými koncovými stupni

5

Lambda sonda

6

Snímač teploty

7

Snímač otáček a polohy klikového hřídele

8

Ozubený kotouč

9

Akumulátor

10

Spínací skříňka

22 / 40


23 / 40

Plně elektronické zapalování s řídicí jednotkou 1

Rychlost motoru

2

Spínací signály

3

CAN (sériová sběrnice)

4

Tlak v sacím potrubí

5

Teplota motoru

6

Teplota nasávaného vzduchu

7

Napětí akumulátoru

8

Analogově/digitální převodník

9

Mikroprocesor

10

Budicí stupeň

Elektrická zařízení Elektropohony Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření

Elektropohony (elektrické aktuátory) Druhy elektrických pohonů Motory Stejnosměrné – cizebuzené, sériové, derivační, EC Krokové Střídavé – asynchronní, synchronní

Elektromagnety

Kompaktní celky – motor + převodovka (+) řídicí jednotka Aplikace Stěrače skel Centrální ovládání zámků Ovládání oken Ovládání střechy Ovládání polohy sedadla a řízení Ovládání zpětných zrcátek Klakson Brzdy

24 / 40

Elektrická zařízení Elektropohony Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření

Příklady využití Stejnosměrný motor – parkovací brzda TRW, spouštěč Synchronní motor – hybridní vozy, servořízení Krokový motor – naklápění světlometů, pohyb ruček na přístrojové desce Elektromagnety – elektromagentické ventily, houkačka

25 / 40

Elektrická zařízení Osvětlení Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření

Osvětlení Řídí se normou ČSN 30 4302 – Osvětlení vozidel Řidič získává více jak 80 % informací z okolí (resp. o jízdě) vizuálně Bezpečnostní prvek vozidla – vidět a být viděn Dělení podle umístění a) Vnější b) Vnitřní

Základní dělení světelných zařízení a) Světlomety b) Svítilny c) Odrazky

Dělení podle účelu a) Osvětlovací světla b) Návěstní světla

26 / 40


Světelná zařízení Světelná zařízení Osvětlovací světla Návěstní světla Ostatní osvětlení

Elektrické zdroje světla Trendy osvětlení

27 / 40


Světlomety Svítidlo se zdrojem spojené optickou soustavou Světlomety – tlumené/dálkové světlo Paraboloidní Elipsoidní Složený S proměnnou geometrií Adaptivní

28 / 40


Návěstní světla Svítilny

1

Signalizační Brzdová Směrová Varovná

2

Identifikační (rozpoznávací) Obrysová a koncová světla Osvětlení poznávací značky Koncové světlo do mlhy Parkovací světlo

29 / 40


Ostatní osvětlení Svítilny pro vnitřní osvětlení Podobné interierovému osvětlení budov Svítidla s různými zdroji a různých velikostí – zářivková, žárovková, diodová atd.

Světlovody Rozvod světla od světelného zdroje – např. osvětlení přístrojové desky, přihrádky, zapalovače, atd.

30 / 40


Elektrické zdroje světla Žárovky Klasické plněné netečným plynem Halogenové plněné směsí halogenidů (I, Br)

Výbojky Nízkotlaké – zářivky Vysokotlaké – Halogenové, Xenonové

Elektroluminiscenční diody LED OLED – organické LED

Jaké napájení mají vyjmenované zdroje?

31 / 40


32 / 40

Předřadníky Úprava napájecího napětí pro světelný zdroj

Př.: Předřadníky pro výbojové zdroje i(t)

MB

Co nejblíže k světelnému zdroji

uball(t)

is(t)

FL S

u(t) ilamp(t) ulamp(t)

MB

i(t)

ilamp(t)

HID

uball(t) u(t)

S ulamp(t) is(t)

i(t)

ilamp(t) EB

HID u(t) ulamp(t)


Vývoj účinnosti umělých elektrických zdrojů světla 200

luminous efficacy (lm/W)

160 major breakthrough

120 high-pressure sodium

80

metal halides low-pressure sodium

40

high pressure mercury low-pressure mercury Incandescent

1880

1900

1920

year 1940

1960

1980

2000

33 / 40


Trendy osvětlení Adaptivní světlomety Statická a dynamická regulace sklonu světlometů Natáčení světlometů

Speciální funkce Denní osvětlení Comming-Home Náhrady světel s podobnými funkcemi

Integrace akčních členů a řídicí elektroniky do světlometu Prodloužení životnosti světelných zdrojů na životnost automobilu Využití viditelného i neviditelného světelného spektra Night Vision

34 / 40


Adaptivní světlomety

35 / 40


Technické řešení adaptivního světlometu

Více viz přednášky Škoda Auto na FM 7. 1. 2010.

36 / 40


Příklady trendů v osvětlení Night Vision

Složení systému Systém Night Vision = zdroj IR záření + kamera IR + DSP obrazu + displej

37 / 40

Elektrická zařízení Konec Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření

Děkuji za pozornost.

38 / 40

Elektrická zařízení Literatura Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření

Literatura I Bauer, H.; Dietsche, K.-H.; Crepin, J.; aj. (editoři): Bosch Electronic Automotive Handbook. Stuttgart: Robert Bosch GmbH, první vydání, 2002. Reif, K.: Automobilelektronik, ATZ/MTZ-Fachbuch, ročník XII, 366 s. Wiesbaden: Friedr. Vieweg & Sohn Verlag, druhé vydání, April 2007, ISBN 978-3-8348-0297-2, mit 294 Abbildungen und 41 Tabellen. Schwarz, J.: Automobilový kurs. Praha: Orbis, 1948. Škoda Auto a.s., Mladá Boleslav: SP 16 – Vznětový motor 1,9 l TDI. Dílenská učební pomůcka. Škoda Auto a.s., Mladá Boleslav: SP 25 – OCTAVIA – CLIMATRONIC. Dílenská učební pomůcka. Škoda Auto a.s., Mladá Boleslav: SP 26 – OCTAVIA – Bezpečnost vozidla. Dílenská učební pomůcka.

39 / 40

Elektrická zařízení Literatura Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření

Literatura II Škoda Auto a.s., Mladá Boleslav: SP 53 – ŠkodaOctavia; Představení vozidla. 20. 1. 2004, dílenská učební pomůcka. Štěrba, P.: Elektrotechnika a elektronika automobilů. Praha: Computer press, 2004, ISBN 80-251-0211-4. Šťastný, J.; Remek, B.: Autoelektrika a autoelektronika. Praha: T. Malina-nakladatelství, 2003, ISBN 80-86293-03-5.

40 / 40

Elektrická zařízení 4. přednáška

Recommend Documents