CECHY ELEKTRYCZNE UKŁADU ROZRUCHOWEGO SILNIKA

Transkrypt

1 Józef PCZÓŁKOWSKI CCHY LKTYCZN UKŁDU OZUCHOWGO SILNIK W artykule scharakteryzoano łaścośc elektryczne układu rozruchoego slnka, a ęc akumulatora kasoego oraz rozrusznka elektrycznego. Omóono zależnośc napęca pracy akumulatora od zmennych nezależnych mających na ne pły, tj. pojemnośc, natężena prądu, temperatury czy stanu naładoana. Scharakteryzoano zasady dzałana rozrusznka elektrycznego przedstaono jego charakterystyk uzględnające łaścośc obcążena postac momentu oporoego oraz będącego źródłem energ akumulatora. Wskazano możlośc opsu charakterystyk układu rozruchoego oraz yznaczena parametró elektrycznych akumulatora rozrusznka jako elementó obodu, czyl sły elektromotorycznej akumulatora, rezystancj, ndukcyjnośc pojemnośc. WSTĘP Prąd elektryczny energa elektryczna ystępują poszechne pełną ażną rolę naszym otoczenu. nerga ta może być łato przekształcona nne formy energ, tym mechanczną ma szeroke zastosoane. Istotnym problemem jej stosoana jest trudność przechoyana. Jej bezpośredne przechoyane umożlają kondensatory, jednak przechoyane tu lośc energ są małe, porónanu do zapotrzeboana ększośc zastosoań. Dlatego zasadze mus być ona ytarzana z nnych form energ bezpośredno zużyana. Magazynoane energ elektrycznej ymaga także jej przekształcena nną formę energ. Jedną z form przechoyana jest energa zązkó chemcznych akumulatorach (baterach), gdze podczas rozładoana postaje energa postac prądu elektrycznego o penym napęcu. W przypadku elu bater akumulatoroych proces można odrócć baterę ponone naładoać. Istotne jest także zapotrzeboane zastosoane energ elektrycznej e spółczesnych pojazdach ona arunkuje ch łaśce funkcjonoane ykorzystane. Instalacja elektryczna samochodu obejmuje klka obodó, yposażonych urządzena maszyny elektryczne, które pełną określone zadana, spełnają funkcje. Najczęścej yróżna sę pojazdach następujące obody: zaslana, który składa sę z alternatora akumulatora, rozruchu, który także zaera akumulator, rozrusznk, urządzena spomagające rozruch (złaszcza przypadku slnkó o zapłone samoczynnym zapłonoy, składający sę ze źródła ysokego napęca aparatu zapłonoego, śec zapłonoych elu czujnkó steronka; ośetlena zenętrznego enętrznego, sygnalzacj, urządzeń kontrolno-pomaroych dla celó steroana dagnostyk układó pojazdu, urządzeń pomocnczych dodatkoych. lementam obodó stanoącym yposażene elektryczne pojazdó samochodoych są: maszyny aparaty elektryczne, seć przeodoa sprzęt nstalacyjny. Maszyny elektryczne pojazdó, to m.n. prądnca, rozrusznk, dmuchaa, yceraczk. Jako aparaty sprzęt elektryczny można określć: akumulator, ceka zapłonoa, rozdzelacz zapłonu, sygnał dźękoy, reflektory elementy ośetlena, skaźnk. Seć przeodoą stanoą przeody ązk przeodó nskego ysokego napęca. Sprzęt nstalacyjny, to elementy zapenające połączena zabezpeczena elementó strukturalnych funkcjonalnych obodó, take jak: łącznk, przełącznk, złącza, bezpecznk. W okrese eksploatacj, szczególnośc podczas użytkoana, urządzena elektryczne samochodu narażone są na ele procesó oddzałyań destrukcyjnych. Wskutek tego narażone są na zużyce starzene ymagają zatem rozpoznana stanu dostosoanego do potrzeb obsługana. Nemal szystke obody pojazdu są montoroane, a ch nełaśce funkcjonoane jest sygnalzoane za pomocą lampk kontrolnej lub odpoednej nformacj, komunkatu komputerze pokładoym. Jednak obód rozruchu, którego zadanem jest zapenene rozruchu slnka spalnoego, ne jest yposażony tak układ (yłączając lampkę sygnalzacyjną ładoana akumulatora, która jest elementem układu zaslana). ozój urządzeń metod dagnozoana: dagnoskopó, testeró rozbudoanych algorytmó programoych przetarzana danych umożlają pomar rejestrację elu elkośc fzycznych, dzęk którym możla jest ocena prognozoane stanu akumulatora. W pojazdach nstaloane są elektronczne czujnk akumulatora, dzęk którym można zapobec dużemu jego rozładoanu. Czujnk rejestruje podstaoe parametry pracy akumulatora (napęce, natężene prądu, temperaturę) a układ analzujący przetarza ynk pomaró. Na podstae uzyskanych danych prognozoane są artośc elkośc opsujących stan akumulatora (pojemność, stan naładoana). System zarządzana energą pojeźdze ma możlość optymalzacj procesu ładoana akumulatora przez alternator. Prace badacze zakrese dagnostyk układu rozruchoego proadzone są elu ośrodkach. Sterdzono, że realzacja procedur dagnostycznych e spółczesnych konstrukcjach akumulatora jest utrudnona ze zględu na brak dostępu do nętrza, a także, ze zględu na fakt, że elektrolt jest absorboany separatorach lub postac żelu. W badanach dagnostycznych często yznacza sę zastępczy opór całkoty akumulatora, tj. jego rezystancję enętrzną. Pomar natężena prądu nstalacj pojazdu ykonyany jest za pomocą mernka cęgoego. Możlość obcążena akumulatora znacznym prądem pomar tym stane umożlają testery elektronczne jest to stotna funkcja testera, choć natężene prądu czas obcążena ne są znaczne. Stan akumulatora można określć za pomocą testera, przeproadzając jego badane pojeźdze lub po odłączenu od nstalacj. Jedną z metod dagnostycznych badań laboratoryjnych akumulatora jest yznaczene jego charakterystyk napęcoo-prądoej. W badanach dagnostycznych rozrusznka ażnym problemem jest yznaczene 6/2018 UTOBUSY 655

2 rzeczystej charakterystyk mocy określene zależnośc mędzy jego cecham mechancznym elektrycznym. W tym kontekśce ażny sygnał dagnostyczny stano natężene prądu poberanego przez rozrusznk samochodoy, ykorzystyany praktyce przy ocene szczelnośc komory spalana. Proadzone są badana naukoe nad noym metodam dagnozoana stanu układu rozruchoego slnka. Celem publkacj jest przedstaene zasad dzałana, łaścośc charakterystyk elektrycznych układu rozruchoego slnka: akumulatora kasoego rozrusznka. Możle jest stosoane różnych elektrycznych schemató zastępczych akumulatora budoana jego modelu elektrycznego. Zbudoane ogólnego elektrycznego modelu akumulatora rozrusznka, yznaczene jego parametró, ymaga przeproadzena badana charakterystyk jego pracy arunkach stacjonarnych dynamcznych. Charakterystyk te ponny przedstaać zależność napęca pracy akumulatora od parametró nezależnych oraz charakterystyk rzeczystej mocy rozrusznka różnych arunkach napędzana ału korboego. Zdanem autora, najlepszą metodą badana stanu samochodoego akumulatora rozruchoego rozrusznka jest pomar napęca prądu podczas napędzana ału korboego slnka spalnoego za pomocą rozrusznka elektrycznego. Do rejestroanych podczas napędzana elkośc należą: natężene prądu poberanego przez rozrusznk, napęce na zacskach akumulatora (rozrusznka) prędkość obrotoa ału korboego. Pomar natężena prądu umożla yznaczene momentu sły rozrusznka. Następne, na podstae tych elkośc można yznaczyć moc elektryczną mechanczną rozrusznka, a także moment oporu napędzanego przez rozrusznk slnka. Dla opracoana efektynej, arygodnej metody dagnozoana układu koneczne jest poznane jego cech mechancznoelektrycznych dla potrzeb zbudoana modelu dagnostycznego. 1. LKTOCHMICZN WŁŚCIWOŚCI KUMULTO kumulator kasoo-ołooy jest chemcznym źródłem prądu, którym prąd elektryczny postaje jako skutek procesó chemcznych zachodzących na jego elektrodach obecnośc kasu sarkoego. Umożla zgromadzene przechoyane neelkch lośc energ elektrycznej łaty dostęp do nej. Czynnkem ymuszającym przebeg procesó prądotórczych jest sła elektromotoryczna ogna ynkająca z różncy potencjałó normalnych elektrod stanoących to ogno. Metal uzyskuje określony potencjał roztorze elektroltu dzęk jego prężnośc roztórczej, a ęc zdolnośc przechodzena atomó metalu z postac metalcznej do roztoru postac jonoej. Na potencjały elektrod płya także stężene elektroltu ch otoczenu, a lość masy czynnej podlegającej przemane podczas ładoana lub rozładoana zależy od zdolnośc jonó do dyfuzj elektrolce do nętrza masy czynnej elektrod. Ogno elektrochemczne akumulatorze kasoym stanoą ołó elektroda ujemna dutlenek ołou elektroda dodatna, oddzelone separatorem. lektroltem jest stężony kas sarkoy. W akumulatorze substancje reagujące (aktyne) są zykle przechoyane elektrodach. lektroda dodatna ujemna są zanurzone elektrolce, który także berze udzał reakcj prądotórczej. lektroda ujemna zaera substancję, która podczas rozładoana jest utlenana ualna elektrony, a elektroda dodatna zaera substancję utlenoną, która podlega proceso redukcj przyjmuje elektrony. Stan funkcjonoane akumulatora opsują parametry termodynamczne odnoszące sę do stanu rónoag, czyl gdy ogne ne ma przepłyu prądu. Parametry knetyczne opsują przebeg reakcj akumulatorze zązane są z przepłyem prądu. Opsują one transport ładunku masy, tj. mgracj lub dyfuzj, które są nezbędne do ytorzena ładunku na poerzchn elektrody. Parametry knetyczne dotyczą także spadkó napęca przeodnkach prądu (elementach konstrukcj elektrolce), zależą od cech projektoych akumulatora. Przepły prądu o określonym natężenu ymaga określonego kerunku transportu masy, a ęc reakcj z odpoedną szybkoścą, dla której koneczna jest dodatkoa energa [3]. Wskutek tego akumulatorze ystępują odchylena od napęca rónoag, a ponadto tz. omoe spadk napęca skutek przepłyu prądu przez elementy przeodzące. Te zjaska poodują straty energ odpoedne ytarzane cepła. W rezultace napęce podczas ytarzana prądu zmnejsza sę przy rozładoanu lub zększa podczas ładoana porónanu z artoścą rónoagoą Uo. Zatem odchylene od napęca rónoag obejmuje: tz. nadnapęce spoodoane reakcjam elektrochemcznym zmaną stężena substancj z poodu zjask transportoych. spadek napęca omoego, poodoany przez elektronoy przepły prądu elementach przeodzących, jak jonoy przepły prądu elektrolce. Suma obydu zjask nazyana jest polaryzacją polaryzacja to zatem nadnapęce omoe spadk napęca. Zykle reakcja prądotórcza składa sę z elu etapó, poprzedzających lub następujących po etape ytorzena ładunku. Nektóre z etapó obejmują transport masy, której dostarczene jest nezbędne lub ne usunęce zablokoałoby reagującą poerzchnę. W elu reakcjach elektrodoych produkt reakcj ulega rozpuszczenu. W przypadku akumulatora ołooo-kasoego, mała rozpuszczalność sarczan ołou PbSO4 pooduje ytrącane postałego zązku na elektrodze. Podczas rozładoyana jony ołou Pb są rozpuszczane na elektrodze ujemnej a odpoedna lczba elektronó, jako ładunek ujemny, jest usuana z elektrody. ozpuszczalność jonó Pb 2+ jest ogranczona obecnośc jonó HSO4 lub SO4 torzą sarczan ołou PbSO4 na poerzchn elektrody. eakcja na elektrodze dodatnej przebega tak sposób, że duartoścoe jony ołou Pb 2+ postają ynku redukcj czteroartoścoych jonó ołou Pb 4+. Jony Pb 2+ róneż ulegają rozpuszczenu natychmast torzą sarczan ołou PbSO4. Ponadto podczas rozładoana elektrody dodatnej torzy sę oda po uolnenu jonó tlenu O 2 z dutlenku ołou PbO2, które łączą sę z protonam H + rozceńczonego kasu sarkoego do H2O. Podczas ładoana akumulatora reakcje zachodzą przecnym kerunku. Sumaryczny przebeg reakcj opsuje rónane stechometryczne (1). (1) Pb PbO2 2H2SO4 2PbSO4 2H2O eakcja elektrochemczna może meć mejsce tedy, gdy elektrony mogą być dostarczane lub usuane z elektrody. Przemana ne może zachodzć na poerzchn sarczanu ołou, poneaż ne przeodz on prądu elektrycznego. Dlatego jony Pb 2+ muszą zostać rozpuszczone przetransportoane do przeodzącej poerzchn elektrody (ołou lub dutlenku ołou). Transport masy reagentó następuje skutek mechanzmó: dyfuzj spoodoanej gradentem stężena mgracj jonó spoodoanej przepłyem prądu. Parametry knetyczne reakcj zależą od temperatury sposób opsany rónanem rrhenusa, jak szybkość reakcj chemcznych. Według tej zależnośc zrost temperatury o 10 K (lub 10 C) podaja szybkość reakcj oznacza ysoką zależność temperaturoą. Krzye yładoań akumulatoró kasoo-ołooych lustrują pły parametró knetycznych na procesy rozładoana. Krzya rozładoana na rys. 1 pokazuje stosunek lośc ładunku poberanego z bater do pojemnośc znamonoej przy różnych obcążenach. Można zauażyć zmnejszene pojemnośc, jaką można 656 UTOBUSY 6/2018

3 pobrać z bater skutek płyu parametró knetycznych (ystępuje także znaczny spadek napęca ze zrostem natężena prądu). Jest to spoodoane przez zubożene kasu na poerzchn elektrody, które zmnejsza szybkość reakcj. Ponadto nerozładoane elementy masy czynnej mogą zostać zakryte rosnącą arstą PbSO4, szczególne przy dużych obcążenach prądoych. Q/Q 20 [%] ys. 1. Krzya yładoana akumulatora przy różnym obcążenu [5] eakcje elektrochemczne poodują także efekt ceplny przepły prądu przez ogno yołuje cepło generoane przez rezystory omoe elektrodach elektrolce, a także przez efekty polaryzacj. Odracalny efekt ceplny reakcj ne zależy od szybkośc rozładoana lub ładoana. Gdy reakcja chemczna jest odracana (ładoane rozładoane), odracalny efekt ceplny róneż jest odracany. Strata energ jednym kerunku oznacza zrost energ po odrócenu reakcj. Odracalny efekt ceplny na jednostkę czasu jest zązany z przepłyem prądu. Przepły prądu przez doolny obekt przeodzący ytarza cepło proporcjonalne do spadku napęca spoodoanego przez ten prąd efekt Joule a zasze oznacza stratę energ. W ogne elektrochemcznym spadek napęca spoodoany przez prąd jest reprezentoany przez różncę mędzy napęcem ogna przy przepłye prądu (U) obodem otartym napęce ogna (Uo). óżnca U Uo oznacza polaryzację. Obejmuje ona spadek napęca spoodoany przepłyem prądu przez opór (róneż elektrolt), ale także nadpęce spoodoane przez knetyczne przeszkody reakcj. Funkcjonoane akumulatora kasoego opsują podstaoe praa elektrochem. Zązek mędzy loścą ulegającej przemane chemcznej substancj a uzyskanym ładunkem elektrycznym określają praa Faradaya. Praa te uzasadnają fakt generoana ścśle określonego ładunku (Q = It) ynku przeman substancj o mase m zaartej elektrodze. Persze prao Faradaya ma znaną postać (k jest spółczynnkem elektrochemcznym substancj): (2) Zależność napęca rónoagoego ogna kasooołooego zależnośc od koncentracj (aktynośc) jonó a, elektroltu określa zór Nernsta (3). W praktyce stosuje sę głóne jednak zory przyblżone, np. dla napęca pojedynczego ogna, tj. zależność sły elektromotorycznej ogna od gęstośc elektroltu ρ20 temperaturze +20 o C yraża sę zależnoścą (4): (4) Stosoany jest także zór postac (5): 60 I/In (3) (5) Ważnym parametrem elektrycznym akumulatora kasoego jako źródła prądu jest jego rezystancja enętrzna. Moc odbornka, np. rozrusznka jest zależna od artośc napęca na zacskach akumulatora U, które można yrazć zależnoścą: U I I (6) gdze: sła elektromotoryczna akumulatora, I natężene prądu yładoana,, rezystancja obcążena enętrzna akumulatora. Można przyjąć założene, że rezystancję enętrzna akumulatora jest odrotne proporcjonalna do jego pojemnośc znamonoej. Jej artość można yrazć zorem: gdze: Uzn znamonoe napęce akumulatora [V], Q20 20-godznna pojemność znamonoa akumulatora [h]. Podstaoym parametram charakteryzującym łaścośc elektryczne energetyczne akumulatora pod zględem techncznym, użytkoym są: napęce, znamonoa pojemność dudzestogodznna zdolność rozruchoa. Zdolność rozruchoa jest szczególne stotną cechą do oceny jego przydatnośc do napędzana ału korboego slnka spalnoego podczas rozruchu. Napęce znamonoe pojedynczego ogna akumulatora kasooołooego ynos 2 V. Jest to artość odpoadająca napęcu yładoana małym prądem początkoym okrese. Napęce begu jałoego jest to napęce na zacskach ne obcążonego akumulatora, a ęc jego sła elektromotoryczna (SM). ozróżna sę ponadto napęce czase ładoana yładoana. Przedstaone modele chemczne akumulatora yjaśnają mechanzm generacj sły elektromotorycznej oraz sumaryczne jego zdolnośc elektryczne energetyczne, np. pojemność. Jednakże ne są one przydatne do analzy rozązyana obodó elektrycznych, których elementem jest akumulator kasoy. Przy ch zastosoanu ne jest możle yznaczene parametró elektrycznych obodu, natężeń prądu napęć na elementach. W takm obodze koneczne jest zastosoane model elektrycznych akumulatora, jako źródła prądu o określonym schemace zastępczym, złożonym z typoych elementó obodu: sły elektromotorycznej, rezystancj, pojemnośc, ndukcyjnośc nnych. Modeloane akumulatoró kasoych jest uażane za proces trudny, nejasny, pracochłonny, kosztony nejednoznaczny [2, 4]. 2. KUMULTO JKO LMNT OBWODU LK- TYCZNGO Badana charakterystyk pracy akumulatoró przeproadza sę na stanoskach yposażonych zesta rezystoró obcążających, aparaturę oprzyrządoane umożlające zmanę arunkó, steroane realzacją badana oraz rejestrację parametró pracy akumulatora napęca natężena prądu. Przykładoy przebeg zależnośc napęca na zacskach akumulatora podczas próby obcążena rezystorem o stałej rezystancj przedstaono na rys. 2. Z chlą łączena obcążena można zauażyć charakterystyczne zmany napęca na zacskach akumulatora (skoreloane odpoedno z natężenem poberanego prądu) zmany te są dentyczne obodze zenętrznym łączy je artość rezystancj obcążena zgodne z yrażenem (6). W początko- (7) 6/2018 UTOBUSY 657

4 ym okrese yładoana napęce na zacskach akumulatora maleje przyblżenu ykładnczo, a następne jego artość stablzuje sę. Napęce przyjmuje najększą artość chl łączena obcążena, a trakce jego trana neznaczne maleje. Wynka to ze zjask polaryzacj płyu procesó knetycznych, a ęc z faktu, że chl łączena obcążena mase czynnej elektrod lczba jonó elektroltu jest duża. W trakce yładoana ch lość zmnejsza sę, poodując zmnejszene ładunku elektrycznego, jak można pobrać z akumulatora. Skutkem są omaane zmany napęca odpoedno natężena prądu zązane z opóźnenem dostarczana aktynej masy elektroltu. ejestroane ynk pomaró ymagają często stępnego przekształcana celu yelmnoana zakłóceń. Jako przyczyny znekształcena sygnału zdentyfkoano: szumy łasne układu pomaroego, zakłócena z zaslającej zenętrznej sec elektrycznej, błąd kantoana przy przetarzanu analogoo-cyfroym. Jako stacjonarna charakterystyka obcążena akumulatora traktoana jest zależność napęca na jego zacskach od czasu przy obcążenu stałą artoścą natężena prądu lub stałą artoścą rezystancj. Przy obcążenu stałą artoścą rezystancj zaróno natężene poberanego prądu, jak artość napęca na zacskach akumulatora (rys. 2) ulegają zmane. Neątple dla celó analzy łaścośc akumulatora korzystnejszym byłoby obcążene go stałą artoścą natężena prądu obseracja jedyne zman napęca. Wymagałoby to zastosoana obodze zmennej rezystancj zenętrznej. W efekce napęce zenętrznej częśc obodu (na rezystorze obcążena) ponno być take samo (róne loczyno rezystancj natężena prądu), natomast nne byłoby óczas napęce na oporze enętrznym akumulatora. Można przyjąć, penych grancach, rónoażność obcążena stałym natężenem prądu oraz stałą rezystancją. kumulator kasoo-ołooy jest najczęścej traktoany jako źródło napęcoe prądu elektrycznego o określonej sle elektromotorycznej oraz oporze enętrznym. W obodze elektrycznym akumulatora obcążonego rezystorem określone zmany napęca na jego zacskach można uzasadnć zmaną jego sły elektromotorycznej lub oporu enętrznego. Welkośc te mogą być zajemne zamenalne, tzn. przyczyny zman napęca można nterpretoać jako zmanę sły elektromotorycznej lub rezystancj akumulatora. Są one poodoane knetyką procesó elektrolce otoczenu elektrod lub na ch poerzchn. Przy przyjęcu stałej artośc sły elektromotorycznej danych arunkach rozładoana klasyczny schemat elektryczny akumulatora można przedstać jak na rys. 3. Dla analzoanego przebegu yznaczono ustaloną artość rezystancj enętrznej, osąganą końcoym okrese, róną 0,0133 Ω. Uzyskana artość rezystancj jest dostateczne zgodna z artoścą yznaczoną z (7), tj. 0,013 Ω. W okrese początkoym rozładoana jej artość dość stotne zmena sę do jej opsu może być przyjęta funkcja ykładncza postac (8). exp( t ) (8) s z gdze: s rezystancja akumulatora stane ustalonym pracy, z ampltuda składoej zmennej rezystancj akumulatora, τ stała czasoa procesu zman rezystancj enętrznej. ys. 3. Klasyczny schemat elektryczny akumulatora Na podstae rónana (6) określono zmany rezystancj enętrznej analzoanego akumulatora o pojemnośc 54 h (rys. 4) uzględnając, że napęce na zacskach neobcążonego akumulatora jego sła elektromotoryczna była róna 12,97 V. ys. 2. Przebeg napęca na zacskach akumulatora obcążonego stałą rezystancją ys. 4. Zmany rezystancj enętrznej obcążonego akumulatora nalza przebegó na rys. 2, 4 skazuje na potrzebę zastosoana do opsu ch częśc zmennej ęcej nż jednej funkcj ykładnczej. Jedną z możlośc jest zastosoane funkcj sklejanej, czyl zboru funkcj ykładnczych określonych różnych przedzałach czasu, zapenających łączne ops przebegu całym zakrese. Funkcje ponny przynajmnej spełnać arunek cągłośc na grancach przedzałó. Ogólną postać funkcj sklejanej F arunek cągłośc można zapsać za pomocą zależnośc: F( t) F ( t); t 1 t t (9) F ( t ) F ( t ); 1,..., n 1 1 W tym przypadku problemem jest odpoedne dobrane lczby funkcj oraz przedzałó ch określonośc (dzedzny funkcj), co jest zązane ze złożonoścą dokładnoścą opsu. Jako krytera doboru oceny tych cech można zastosoać artośc spółczynnkó determnacj 2 dla poszczególnych funkcj oraz artość odchylena standardoego funkcj sklejanej dla całego przebegu. Drug możly sposób opsu prezentoanych przebegó funkcją ykładnczą polega na zastosoanu ch kombnacj lnoej, czyl tz. meszanny funkcj. Dzedzną funkcj jest tu pełny przedzał zmennośc analzoanej elkośc. Suma spółczynnkó ponna być róna artośc ampltudy opsyanej zależnośc, czyl artośc początkoej, a suma funkcj odzoroyać opsyaną 658 UTOBUSY 6/2018

5 zależność z odpoedną dokładnoścą. Sposób konstrukcj meszanny funkcj przypomna budoane funkcj sklejanych z tą różncą, że od opsyanej zależnośc odejmuje sę pełnym przedzale zmennośc jej udzał określony przez kolejną yznaczoną funkcję aproksymującą. Meszannę funkcj F można zapsać: F t) n ( (10) 1 a F ( t) gdze: a są spółczynnkam agoym funkcj. Dla analzoanego akumulatora dokonano opsu za pomocą meszanny funkcj charakterystyk napęca rys. 5, przedzale czasu od 0 do 2 s. Wyodrębnono składoą stałą przebegu o artośc Us = 11,37 V. Dla częśc zmennej tego przebegu jako perszą yznaczono składoą olnozmenną dla przedzału czasu od 0,1 do 2 s. Uzyskano tutaj bardzo dobrą zgodność opsu z przebegem rzeczystym edług (11), a yodrębnone przedzały przebegu ch funkcje aproksymujące przedstaono na rys. 5. U t) (11) ( 0,225exp( 21,1 t) 0,477exp( 0,98 t) Występuje tu ponad 20-krotne zróżncoane stałych czasoych obydu funkcj róne około 0,05 s dla składoej szybkozmennej, przedzale czasu do 0,1 s oraz 1 s dla olnozmennej. ys. 5. Wyznaczone funkcje składoe napęca na zacskach obcążonego akumulatora przedzale czasu do 2 s Na baze poyższej analzy zązkó mędzy charakterystykam loścoym parametram procesu rozładoana akumulatora można zbudoać jego elektryczny schemat zastępczy. Wadomo, że charakterystyka rozładoana kondensatora jest krzyą ykładnczą postac (12): t t U( t) U o exp( ) U o exp( ) (12) C Zatem stała czasoa procesu rozładoana τ = C. Starza to możlośc przypsana artośc fzycznych elementom obodu zastępczego akumulatora, jak pokazano na rys. 6. gęstośc elektroltu jest przyczyną zmany potencjałó elektrod sły elektromotorycznej akumulatora. Dlatego też jako przyczynę zman napęca na zacskach można uznać zmanę sły elektromotorycznej, jej składoej określanej jako SM polaryzacj. Schemat elektryczny akumulatora kasoego przedstaony na rys. 3 może być ykorzystyany do opsu funkcjonoana akumulatora arunkach stałego obcążena. Zmenność rezystancj enętrznej arunkach obcążena dynamcznego praktyczne unemożla korzystane z tego schematu dla yznaczena odpoedz akumulatora na ymuszene zmenne dynamczne. Ops charakterystyk rozładoana akumulatora (napęca na jego zacskach) za pomocą funkcj ykładnczej starza możlość proadzena do schematu zastępczego akumulatora elementó obodu, których łaścośc elektryczne poodują generoane odpoedz o charakterze funkcj ykładnczej. Takm elementem schematu zastępczego akumulatora może być układ składający sę z kondensatora rezystancj, poprzez którą następuje ładoane bądź rozładoane kondensatora. Możle jest zatem połączene ze stacjonarnym źródłem sły elektromotorycznej akumulatora o naet klku obodó C, jak na rys. 6. W zmennych arunkach obcążena obód tak generuje słę elektromotoryczną polaryzacj. 3. LKTYCZN CCHY OZUNIK lektryczny układ rozruchoy składa sę z szeregoego lub szeregoo-bocznkoego slnka prądu stałego zaslanego z akumulatora kasoego. ozrusznk yposażony jest mechanzm pozalający na jego połączene czase rozruchu z ałem korboym slnka za pomocą przekładn zębatej oraz urządzene yłączające przekładnę z chlą, gdy slnk zostane uruchomony. Dużą artość momentu napędzającego ał korboy uzyskuje sę dzęk odpoedno dużemu przełożenu mędzy ałem rozrusznka ałem korboym slnka od 10 : 1 do 14 : 1. Podstaoym parametram charakteryzującym układ rozruchoy są: moc znamonoa rozrusznka, pojemność akumulatora przełożene mędzy eńcem koła zamachoego zębnkem rozrusznka. Właścośc układu przedstaa sę za pomocą zboru charakterystyk obejmujących zależność momentu sły, prędkośc obrotoej, mocy napęca na zacskach od natężena poberanego prądu. Schemat elektryczny obodu rozruchoego slnka przedstaono na rysunku 7. ys. 7. Schemat obodu szeregoego slnka rozrusznka [5] Napęce na zacskach rozrusznka U jest róne: U I (13) p rezystancja przeodó łączących akumulator rozrusznk. p ys. 6. lektryczny schemat zastępczy akumulatora kasoego Wyznaczene parametró elementó obodu jest możle na podstae ynkó badana charakterystyk rozładoana akumulatoró. Take podejśce jest możle przy uzględnenu, że zmana Na skutek obracana rnka slnka elektrycznego uzojenach tornka ndukuje sę sła elektromotoryczna, która przecdzała przepłyo prądu przez to uzojene. Indukoane sły elektromotorycznej ynka z jego charakteru ndukcyjnego sense 6/2018 UTOBUSY 659

6 elektrycznym. Indukcyjność L jest zatem cechą charakterystyczną obodu rozrusznka. Pooduje ona postaane sły elektromotorycznej oraz momentu sły rozrusznka jako skutku oddzałyana pól elektrycznego magnetycznego. Złożoność układu pooduje, że ch artość może być yznaczona przy zastosoanu odpoednch stałych konstrukcyjnych rozrusznka. Wartość sły elektromotorycznej jest zależna od strumena magnetycznego Φz ytorzonego przez uzojene zbudzena, stałej konstrukcyjnej rozrusznka cm oraz prędkośc obrotoej n: c n (14) m Uzględnając rónanu (13) rónoagę napęć obodze rozrusznka, tym spadek napęca na szczotkach ΔU, rezystancj uzojena tornka szeregoego, można zapsać: U I (15) W stane zarca rozrusznka (pełne zahamoane: n = 0, = 0), prąd zarca jest róny ( - całkota rezystancja obodze akumulator-rozrusznk): ΔU ΔU I Z (16) P Moc elektromagnetyczna rozrusznka jest loczynem sły elektromotorycznej ndukoanej uzojenach tornka natężena prądu poberanego przez slnk elektryczny: 2 P I U I I (17) z Na podstae yrażena (17) można yznaczyć maksmum funkcj P = f(i), którego artość jest róna: 2 ( ΔU ) P max (18) 4 Można stąd róneż yznaczyć natężene prądu, przy którym uzyskana jest moc maksymalna rozrusznka: ΔU 1 I P max I Z (19) 2 2 Moc mechanczna osągana na ale rozrusznka P2 jest mnejsza od jego mocy enętrznej elektromagnetycznej P o straty mechanczne magnetyczne, które rosną ze zrostem prędkośc obrotoej rnka osągają maksmum przy jego begu jałoym. Charakterystyka P2 = f(i) przebega ponżej charakterystyk P = f(i) rozpoczyna sę punkce określającym prąd begu jałoego I0. W stane zarca moc elektromagnetyczna moc na ale są róne zero, obe charakterystyk mają tutaj punkt spólny. Moment obrotoy rozrusznka (elektromagnetyczny) postaje jako ynk oddzałyana pola magnetycznego na przeodnk z prądem jest róny: 2 2 M c I c c I ci (20) em 1 z 1 2 gdze: c1, c2, c stałe konstrukcyjne slnka rozrusznka. Moment obrotoy jest ęc funkcją kadratoą natężena prądu. Ze zględu na nasycene obodu magnetycznego rozrusznka, począszy od penej artośc natężena jego przebeg ma charakter prae lnoy. Maksymalna artość momentu sły ytorzonego przez rozrusznk zależy od jego cech konstrukcyjnych oraz od zdolnośc akumulatora źródła energ do oddaana prądu zachoana odpoedno ysokej artośc napęca na zacskach. p PODSUMOWNI lektryczny układ rozruchoy jest, raz z slnkem spalnoym, złożonym układem elektromechancznym. Jego zadanem jest pokonane oporó ruchu slnka spalnoego nadane prędkośc obrotoej ału korboego nezbędnej do zancjoana pracy slnka. kumulator kasoy jest złożonym funkcjonalne strukturalne chemcznym odracalnym źródłem prądu. Wykazuje on złożoną zależność cech funkcjonalnych od elu parametró złożone łaścośc dynamczne. W arunkach dynamcznych mogą być dla nego stosoane da różne modele zastępcze elektryczne, postac sły elektromotorycznej zmennej rezystancj enętrznej oraz sły elektromotorycznej stacjonarnej oraz układu lub układó C o różnych charakterystykach, realzujących zmany sły elektromotorycznej polaryzacj akumulatora obodze. ozrusznk elektryczny jest źródłem momentu sły napędzającego ał korboy slnka jego strukturze elektrycznej ystępują elementy o charakterze rezystancj ndukcyjnośc. Jego cechy elektryczne mechanczne ymagają yznaczena stałych eksperymentalnych. Uzględnene elu parametró nezależnych do opsu łaścośc układu rozruchoego jego parametró strukturalnych ymaga przeproadzena długotrałych obszernych badań eksperymentalnych. Stopeń złożonośc układu rozruchoego jego modelu może zostać określony na podstae badań jego spółpracy z slnkem, jako źródłem oporu. BIBLIOGFI 1. damec M., Dzubńsk M., Semonek., Metody dagnostyczne ocene stanu samochodoego akumulatora rozruchoego. utobusy, 12/ Ceraolo M., Ne Dynamcal Models of Lead-cd Batteres. I Transactons On Poer Systems, Vol. 15, No. 4, November Gomółka J., Koalczyk F., Franke., Współczesne chemczne źródła prądu. Wydancto MON. Warszaa Jackey obyn., Smple, ffectve Lead-cd Battery Modelng Process for lectrcal System Component Selecton. The MathWorks, Inc Pszczółkosk J., nalza modeloane procesu rozruchu slnkó o zapłone samoczynnym. WT, Warszaa lectrcal features of the engne startng system The artcle descrbes the electrcal propertes of the engne startng system, that s the acd battery and the electrc starter. The dependences of battery voltage on ndependent varables affectng them,.e. capacty, current, temperature or charge status, are dscussed. The prncples of operaton of the battery and electrc starter ere descrbed and ts characterstcs ere presented, takng nto account the propertes of the load n the form of a resstng torque and beng a source of battery energy. The possbltes of descrbng the characterstcs of the startng system and determnng the electrcal parameters of the battery and the starter as components of the crcut,.e. the electromotve force of the battery, resstance, nductance and capacty, are ndcated. utorzy: dr hab. nż. Józef Pszczółkosk, prof. WT Wojskoa kadema Technczna m. Jarosłaa Dąbroskego, Wydzał Mechanczny: Warszaa: ul. Gen. W. Urbanocza 2. Tel , emal: jozef.pszczolkosk@at.edu.pl JL: L62 DOI: /atest Data zgłoszena: Data akceptacj: UTOBUSY 6/2018