Rodzaje instalacji elektrycznych stosowanych w pojazdach samochodowych

Rozróżnia się następujące rodzaje samochodowej instalacji elektrycznej:

Układ dwuprzewodowy izolowany od masy pojazdu (rys. 2.1), w którym każdy odbiornik elektryczny jest zasilany ze źródła energii elektrycznej dwoma równoległymi przewodami. Układ taki jest stosowany ze względu na bezpieczeństwo przeciwpożarowe w samochodach specjalnych (np. w samochodach cysternach), przy czym napięcie znamionowe wszystkich odbiorników elektrycznych, prądnicy i akumulatora jest jednakowe (6; 12 lub 24 V).

Układ jednoprzewodowy (dwuprzewodowy nie izolowany od masy pojazdu - rys. 2.2), w którym odbiorniki są zasilane ze źródła energii elektrycznej jednym przewodem, natomiast drugi przewód stanowi masa pojazdu. Masę stanowią metalowe części konstrukcji pojazdu, połączone odpowiednim przewodem z drugim zaciskiem źródła energii. W układzie takim każdy odbiornik elektryczny ma jeden zacisk połączony przewodem ze źródłem energii, drugi - z masą pojazdu. Wszystkie odbiorniki, prądnica i akumulator mają jednakowe napięcie (6; 12 lub 24 V).

Układ dwuprzewodowy dwunapięciowy (rys. 2.3), w którym „masa" stanowi przewód zerowy. Wszystkie odbiorniki elektryczne, z wyjątkiem rozrusznika, są zasilane napięciem 12 V, a rozrusznik napięciem 24 V. Przełącznik 12/24 V umożliwia zasilanie rozrusznika w czasie rozruchu silnika pojazdu samochodowego napięciem 24 V z dwóch połączonych szeregowo akumulatorów 12 V,; i po rozruchu łączy akumulatory równolegle, umożliwiając w ten sposób ich współpracę z 12 V prądnicą i odbiornikami na napięcie 12 V.

Układ trójprzewodowy dwunapięciowy (rys. 2.4), w którym masę pojazdu stanowi przewód środkowy, łączący w szereg dwa akumulatory. Prądnica i rozrusznik są przystosowane do napięcia 24 V, wszystkie inne odbiorniki elektryczne - do napięcia 12 V. Odbiorniki podzielone na dwie grupy są zasilane oddzielnie, każda grupa z akumulatora 12 V. Tego typu układy są stosowane rzadko.

Układ trójprzewodowy izolowany (rys. 2.5) różni się od poprzedniego (rys. 2.4) tym, że ze względów bezpieczeństwa nie wykorzystuje się masy pojazdu samochodowego jako przewodu środkowego, lecz cała instalacja elektryczna jest izolowana od masy.

Na rysunkach od 2.1 do 2.5 przedstawiono schematy układów instalacji elektrycznych stosowanych w pojazdach samochodowych. Na rysunkach symbolem M oznaczono rozrusznik stanowiący silnik elektryczny prądu stałego, samowzbudny szeregowy. Zgodnie z treścią rozdziału 7. książki, rozrusznikiem może być również silnik elektryczny prądu stałego, samowzbudny szeregowo-bocznikowy lub ze wzbudzeniem magnesami trwałymi.

Wybór rodzaju i wartości napięcia

Obecność akumulatora w pojeździe samochodowym warunkuje zastosowanie w wyposażeniu elektrycznym prądnicy, która podczas ruchu pojazdu zasila urządzenia pobierające prąd stały i ponadto doładowuje akumulator. Do niedawna stosowano powszechnie prądnicę prądu stałego bocznikową, która współpracując z odpowiednim regulatorem zespolonym zapewniała właściwe ilości energii odbiornikom elektrycznym, spełniając jednocześnie inne funkcje, np. ładowanie akumulatora.

Wraz ze zwiększeniem mocy i prędkości obrotowej prądnicy prądu stałego oraz liczby odbiorników elektrycznych i prędkości obrotowej silników pojazdów samochodowych pojawiają się trudności konstrukcyjne i eksploatacyjne, związane ze stosowaniem w prądnicy komutatora z układem szczotek. Tego typu wad nie mają prądnice prądu przemiennego (alternatory), w których prąd stały, dzięki odpowiednim układom prostowników, jest doprowadzany do elektrycznych odbiorników prądu stałego zainstalowanych w samochodzie. Współpracę alternatora z akumulatorem umożliwia trójfazowy układ prostowników krzemowych.

Wybór wartości napięcia zasilającego odbiorniki elektryczne pojazdu samochodowego jest uzależniony od wielu czynników. Poza przyczynami natury technicznej, przy wyborze napięcia trzeba mieć na uwadze korzyści i koszt ogólny instalacji, fakt produkowania już seryjnie pewnych typów urządzeń, możliwości montażu oraz niezawodność działania. Dlatego stosuje się w motocyklach napięcie znamionowe 6 V i 12 V, w samochodach z rozrusznikiem o mocy ok. 3 kW - napięcie 12 V, w samochodach z rozrusznikiem o większej mocy - napięcie 24 V.

Wybór odpowiedniego napięcia zależy m.in. od następujących czynników natury technicznej:

Układ zapłonowy na napięcie wyższe, np. 12 V, w porównaniu z układem na napięcie niższe, np. 6 V, zapewnia większą energię zapłonu w zakresie dużych prędkości obrotowych silnika.

W odbiornikach na napięcie 12 V, w porównaniu z odbiornikami na 6 V, prąd ma mniejszą wartość. Na przykład zakładając stałą moc P odbiorników, otrzymuje się zależność: WZÓR, przy czym: U6, U12 - napięcia na odbiornikach 6 V i 12 V; I6,112 - prądy odbiorników 6 V i 12 V.

W instalacji na napięcie 12 V, w porównaniu z instalacją na napięcie 6 V, przekroje dopuszczalne przewodów maleją czterokrotnie (porównując przewody o takiej samej długości).

W najczęściej spotykanej instalacji elektrycznej pojazdu samochodowego, tj. w układzie dwuprzewodowym, nie izolowanym, jako jeden przewód (masę) wykorzystuje się metalowe części konstrukcyjne pojazdu. Przyłącza się do niego zacisk dodatni (+) lub ujemny (-) źródła energii elektrycznej (akumulatora i prądnicy). Coraz częścią jest spotykane rozwiązanie, w którym z masą jest połączony zacisk ujemny źródła energii elektrycznej ze względu na coraz powszechniej stosowane urządzenia elektroniczne, w których z masą jest połączony zacisk ujemny układu. Zaletą poprzednio stosowanego połączenia zacisku dodatniego źródła energii elektrycznej z masą było zmniejszenie korozji styków, zmniejszenie ubytków materiału na elektrodzie środkowej świecy zapłonowej itp. Korzyści te straciły znaczenie z powodu postępu w technologii złącz, świec zapłonowych, styków przerywaczy i ustępują wymaganiom, jakie narzuca wprowadzenie elementów elektronicznych do układów elektrycznych i mechanicznych pojazdu samochodowego.

Wraz ze wzrostem liczby odbiorników energii elektrycznej w pojazdach samochodowych wzrasta obciążenie instalacji elektrycznej, a moc odbiorników osiąga wartość do 2 kW. W ciągu najbliższych lat prognozuje się zwiększenie tej mocy obciążenia nawet do 10 kW. W tym przypadku konwencjonalne instalacje 12-woltowe będą bardzo przeciążone. Dlatego obecnie jest przewidywana instalacja elektryczna na napięcie 36 V lub 42 V, która w pierwszej fazie będzie współpracowała z instalacją 12 V (napięcie regulowane ok. 14 V).

Źródło: Jerzy Ocioszyński, Elektrotechnika i elektronika pojazdów samochodowych, WSiP, Warszawa 1996