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Chapter 9.車用電力系統
 
 
Ch9.1起動系統
Ch9.2 充電系統
 
 
 
 
 

9.1起動系統

 

 

系統電路圖是由電瓶、啟動馬達、電磁開關、點火開關..等組成

 

 

圖片1  

 

 

(A)汽車電瓶

 

1.功用:

 

(1)發動引擎時,供給起動馬達大量電流,起動時電瓶電壓需要9.6V以上。

(2)發電機發出電壓低於電瓶電壓時,由電瓶供給全車用電。

(3)發電機發出電壓高於電瓶電壓時,電瓶吸存發電機之剩餘電流。

(4)平衡汽車電系之電壓。

 

 

圖片2  

 

2.構造:

 

由外殼、蓋、正極板、負極板、隔板、電解液等組成。

 

圖片3圖片4  

 

 

(1) 外殼(case)

 

 

由硬橡膠或瀝青製成,外殼內部分很多小室,各式互不相通。

 

 

 

例如:12伏特的電瓶有6室。

 

圖片5  

 

 

 

(2) 格子板(plate grids)

 

極板之骨架 稱為格子板,其主要成分為鉛(Pb)加入5~12%的銻(Sb)製成,其功用有:

 

 

(i) 充電時能將電流很均勻的分配到整塊極板

(ii) 放電時能將整個極板之電流很快傳出

圖片6  

 

(3) 極板(plate): 區分為正極板與負極板

 

 

(i)正極板(Positive plate):

 

      主要成份為紅鉛粉(Pb3O4)又稱紅丹粉,用稀硫酸調

 

      成糊狀,再加硫酸銨[(NH3)2SO4]作為膠合劑,塗於

 

      格子板上,經極化處理後轉變為過氧化鉛(PbO2)。

 

 

(ii)負極板(negative plate):

      主要成份為黃鉛粉(PbO)又稱密陀僧,用稀硫酸調成

      糊狀,再加硫酸鋇(BaSO4)或硫酸鎂(MgSO4)作膨脹

      劑,塗於格子板上,經極化處理後轉變為海棉狀的

      純鉛(Pb)

 

 

(4)隔板(separator)

 

 

隔格夾於正負極板間,隔板一面光滑,一面成溝槽,溝槽面要貼向正極板,防止極板發熱彎曲而造成短路,其材質有微孔硬橡皮、合成樹脂、玻璃強化纖維板……等製成的。

 

 

圖片7  

 

 

3.充放電原理:

 

 

放電原理:

 

正極板的鉛離子會與電解液的硫酸根離子合成硫酸鉛

 

正極板的氧離子會與電解液的氫離子合成水

 

負極板的鉛離子會與電解液的硫酸根離子合成硫酸

 

負極板多出來的電子會往正極板跑

 

圖片8圖片9  

 

 

充電原理:

 

正極板的鉛離子會與電解液的氧離子合成氧化鉛

 

正極板的硫酸根離子會與電解液的氫離子合成硫酸

 

負極的硫酸根離子會與電解液的氫離子合成硫酸

 

正極板多出來的電子會往負極板

 

圖片10圖片11  

 

 

(B)啟動馬達

 

 

1.功用:

 

 

將電能轉為機械能,透過點火開關即可使引擎轉動,透過馬達電樞軸上的小齒輪驅動引擎上的飛輪,以啟動引擎的曲軸柄

 

圖片12圖片13  

 

 

2.馬達工作原理:

 

 

由磁場、導線環、整流子、電刷所組成的,當電流經由電刷進入導線環,在每轉半圈時整流子會改變導線環電流改變一次。可藉由佛萊明左手定則(Fleming's left-hand rule)來判斷馬達旋轉方向。

 

圖片14圖片15  

 

 

3. 構造:

        啟動馬達是由一個電磁開關和一個馬達所構成的

圖片16  

 

1. 馬達

 

 

a.外殼與磁極(pole shoes):

 

 

 

     (1)外殼:以軟鋼製成為圓形鋼筒,用以固定磁極,

 

                作為磁力線迴路。

 

     圖片17  

 

(2)磁極:是由磁極鐵心與磁場繞組所組成的。

 

圖片18  

 

 

b.電樞(armature):

 

 

由軸、鐵心、整流子(commutator)、電樞線圈、絕緣物等組成

 

圖片19圖片20  

 

 

c. 電刷(brush):

 

 

啟動馬達因需要通過很大電流,因此必須含銅較多含石墨較少材料製成。

 

 

d. 後蓋板:

 

 

整流子端蓋板,可支持電樞、安裝電刷,中央有一軸

 

承,常為一銅套,可加以潤滑。

 

圖片21  

 

 

2.電磁開關功能

 

 

可利用電磁開關上的鐵芯柱塞向左拉動撥叉,撥叉使小齒輪往右移動與飛輪接合後,大電流才由B點流到M點再流到馬達磁場線圈使馬達運轉。

 

圖片22  

 

 

3. 起動馬達工作情形:

 

圖片23  

 

 

Step1:

 

(a)當點火開關開啟時,若汽車檔位為空檔時就可以啟動繼電器動作。

圖片24  

 

 

(b)當起動繼電器導通後電瓶電壓會進入到S兩線圈電流方向相同磁力相加,使電磁開關鐵芯柱塞被吸入。

圖片25圖片26  

 

 

(c)此時電磁開關使BM線頭接通,電瓶大電流流經接觸片,由M線頭流入馬達,馬達搖動引擎,也將小齒輪推出,與飛輪接合。

 

圖片27圖片28  

 

 

 

Step2:

 

當電火開關關閉時,則起動繼電器回隨著關閉,此時兩線圈電流方向相反磁力相減,使電磁開關鐵芯柱塞被彈簧退回,小齒輪退回,與飛輪分離。

 

 

圖片29圖片30  

 

 

(3) 超速離合器:

 

 

a. 構造:

 

由撥環、接合彈簧、空心軸管傳動頭、鋼錕、小彈簧、小齒輪。

 

圖片31  

 

 

b. 作用:

 

引擎起動時,起動馬達需驅動引擎曲柄軸,此時超速離合器會帶動小齒輪轉動來驅動引擎。

 

 

引擎起動後,轉速較起動馬達快,此時滾輪因摩擦力壓縮彈簧,使小齒輪在電樞上空轉,以防馬達因快速轉動而損壞。

 

 

(4) 前蓋板:

 

傳動端的蓋板,可支持電樞、保護傳動機構,中央也有軸承銅套,可加以潤滑,通常由鑄鐵製成。

 

圖片32  

 

 

 

9.2 充電系統

 

1.充電系統的功用:

 

 

將引擎一部分的機械能轉變為電能,來供給全車電器用電。

 

圖片33  

 

 

2.充電系統的構件:

 

 

(1)發電機:由引擎曲軸盤透過皮帶盤帶動,約為引擎轉速的2倍,發出電能,供給各電器用電。

 

 

 

(2)調整器:自動控制發電機發電量,使其輸出不超過規定之最大電壓與電流,並自動切斷充電系統電路。

 

 

 

(3)電流錶或充電指示燈:指示電瓶是在充電或放電狀況。

 

 

 

(4)電瓶:發電機電壓低於電瓶時,由電瓶供電,發電機電壓高於電瓶時,由電瓶儲存。

 

 

 

交流發電機

 

 

a.作用原理:

 

 

磁場(轉子)在導線線圈(靜子)中轉動,即如同導線運動切割磁力線一樣,使導線感應出電壓

 

與電流。

圖片34  

 

 

當知道了磁場方向與導線環的運動方向後,可藉由佛萊明右手定則(Fleming‘s right -hand rule)來判斷導線環的電流方向。

 

圖片35  

 

 

交流發電機感應電壓與磁鐵位置及線圈中的磁力線變化

 

圖片36圖片37  

 

 

三相交流發電機感應電壓與磁鐵位置及線圈中的磁力線變化

圖片38圖片39  

 

 

b.構造:

圖片40  

 

 

 

I 靜子(stator):

 

 

由三組靜子線圈及薄鐵片疊成的鐵芯組成,三組線圈各相差120°的電位差,可以以Y型與△型兩種繞法。

 

圖片41圖片42  

 

 

靜子Y行繞法

 

 

U2V2W2相連接,再從U1V1W1端用導線牽出來當成U1V1W1端。

 

圖片43  

 

 

靜子△型繞

 

 

U1W2相接後,在用導線牽出來當成A

 

V1U2相接後,在用導線牽出來當成B

 

W1V2相接後,在用導線牽出來當成C

 

圖片44  

 

 

II. 轉子(rotor):

 

 

由磁極、磁場線圈、滑環、及軸組成的,而兩個交叉組合的爪型磁極,一邊全為N極,另一邊為S

 

圖片45圖片46  

 

 

III. 整流器(rectifier):

 

 

構造:

 

 

由三個正極整流粒裝在金屬板上,再由三個負極整流粒裝在另一片金屬板上,在將兩塊金屬板固定再端蓋上。

 

 

圖片47圖片48  

 

 

整流粒(整流二極體)原理:

 

 

當二極體P端接正極,N端接負極時,則二極體會導通

 

當二極體P端接負極,N端接正極時,則二極體不會導通

 

 

 

圖片49圖片50  

 

半波整流:由一顆二極體所組成的電路

 

 

A區域電壓輸入時二極體會導通,

 

B區域電壓輸入時二極體不會導通。

 

圖片51  

 

 

全波整流: 由四顆二極體所組成的電路

 

圖片52  

 

三相電流需經六顆整流粒作全波整流,每半波的交流電都經過兩只整流粒使外輸出的負載(如電瓶)得到脈動直流電。下面為整流的流程

 

圖片53圖片54  

 

(A)電流會從U1端經1號電晶體到負載極電瓶,再從5號二極體回流到 U2端完成一個迴路。

 

圖片55  

 

(B)

電流會從W1端經3號電晶體到負載極電瓶,再從4號二極體回流到W2完成一個迴路。

圖片56  

 

(C)

電流會從V1端經2號電晶體到負載極電瓶,再從6號二極體回流到V2端完成一個迴路。

圖片57  

 

(D)

電流會從U22號電晶體到負載極電瓶,再從4號二極體回流到U1完成一個迴路。

圖片58  

 

(E)

A線圈感應正電壓,B線圈感應負電壓時,電流會從A線圈經1號電晶體到負載極電瓶,再從6號二極體回流到B線圈完成一個迴路。

圖片59  

 

(F)

B線圈感應正電壓,C線圈感應負電壓時,電流會從B線圈經3號電晶體到負載極電瓶,再從5號二極體回流到C線圈完成一個迴路。

圖片60  

 

原本三相發電機所產生的交流電,經過整流後始得電壓較接近於直流電

圖片61   

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eatontseng

曾教授與古董保時捷

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