Elektrický rozvod ve vozidle 2. přednáška

Transkript

1 Elektrický rozvod ve vozidle 2. 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/ řízení a měření, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR.

2 Obsah předchozí prednášky Elektrický rozvod ve vozidle řízení a měření 2 / 43 1 Představení laboratoře Elektrovýzbroj vozu Škoda Superb 1,9 TDI první generace Spalovací motor Škoda Octavia II 1,6 MPI 2 Elektrovýzbroj vozidel Současná vozidla Normy a předpisy Využití elektrovýzbroje ve vozidle Rozdělení elektrických zařízení Historický vývoj

3 Elektrický rozvod ve vozidle řízení a měření 3 / 43 Obsah dnešní prednášky 1 Druh elektrického proudu 2 Elektrická soustava 3 Kabelový rozvod 4 Obvody elektrické soustavy 5 Jištění spotřebičů a vedení 6 Spojení vodičů 7 Koncepce rozvodu 8 Schémata elektrického rozvodu

4 Elektrický rozvod ve vozidle Úvod řízení a měření 4 / 43 Elektrický rozvod ve voze Standardní elektrický obvod Zdroj elektrické energie Spotřebič (zátěž) Spojovací vodiče Základní skupiny elektrického rozvodu ve vozidlech Zdroje elektrického proudu Spotřebiče elektrického proudu Zapalovací zařízení Pomocná zařízení vodiče, spínače, pojistky,...

5 Elektrický rozvod ve vozidle Úvod řízení a měření 5 / 43 Spojovací vodiče Vzájemné pospojení elektrických a elektronických zařízení Spojovací vodiče slouží k přenosu Energie Informace Řešení otázky rušení elektrických zařízení Vnější Vzájemné Řešení otázky EMC Jištění elektrických zařízení

6 Elektrický rozvod ve vozidle Druh elektrického proudu řízení a měření 6 / 43 Druh elektrického proudu 1 Druh elektrického proudu Stejnosměrný Střídavý Kombinace

7 Stejnosměrný Elektrický rozvod ve vozidle Druh elektrického proudu řízení a měření 7 / 43 Využití akumulátoru Energii z generátoru nutno usměrnit Nejrozšířenější Příklady napětí 6 V (malé motocykly, mopedy, osobní auta 1 ) 12 V (osobní a lehká užitková vozidla 2, velké motocykly 3 ) 24 V (střední a těžká užitková vozidla 4 ) 1 Trabant 601, 2 JAWA Logic, 3 JAWA 650 Classic, 4 Tedom FOX-G,

8 Elektrický rozvod ve vozidle Druh elektrického proudu řízení a měření 8 / 43 Střídavý Vozidla bez akumulátoru Příklady napětí 6 V (malé motocykly, mopedy 5, starší osobní automobily) 15 kv, 25 kv, 230 V 50 Hz (vozy hrom. dopravy 6 ) 5 Stadion S 23, 6 Lokomotiva ŠKODA 109 E,

9 Elektrický rozvod ve vozidle Druh elektrického proudu řízení a měření 9 / 43 Kombinace Použití akumulátoru a střídače Dvě oddělené větve Příklady napětí 12 V DC a 230 V 50 Hz (obytné vozy) 600/750 V DC a V Hz (vozy hromadné dopravy 7 ) 7 ŠKODA 25 Tr IRISBUS,

10 Počet vodičů elektrické soustavy Elektrický rozvod ve vozidle Elektrická soustava řízení a měření 10 / 43 1 Jednovodičová soustava Jeden vodič izolovaný a druhý tvořen kostrou + Menší spotřeba vodičů, levnější, větší přehlednost, snažší hledání poruchy Menší spolehlivost (zkrat na kostru), zhoršení elektrických vlastností kostry vibracemi (zvětšování přechodových odporů) Použití: běžná vozidla s kovovým podvozkem a karosérií 2 Dvouvodičová soustava Dva vodiče bez spojení s kostrou + Větší spolehlivost Viz výhody jednovodičové soustavy Použití: některá vozidla pro veřejnou dopravu

11 Polarita kostry vozidla Elektrický rozvod ve vozidle Elektrická soustava řízení a měření 11 / 43 Záporná kostra + Vodič je anoda (+) při zkratu se odtaví rychleji zmenšení nebezpečí požáru Ve světě převažuje díky zavedení polovodičové techniky (např. Nová Škoda Octavia 8 ) Kladná kostra + Menší průrazné napětí na svíčkách Starší automobily 9 (do konce 60. let), starší traktory 8 Škoda Octavia 2009, 9 Škoda Octavia 1962,

12 Elektrický rozvod ve vozidle Elektrická soustava řízení a měření 12 / 43 Detail připojení kostry Pravá autobaterie (plus vpravo) evropská vozidla Levá autobaterie (plus vlevo) asijská vozidla

13 Napětí elektrické soustavy I Elektrický rozvod ve vozidle Elektrická soustava řízení a měření 13 / 43 Jmenovité napětí Vyznačeno na zařízení Odvozené od napětí olověného akumulátoru (n-násobek 2,1V článku) Provozní napětí Výběr velikosti napětí ovlivňuje Příkon spotřebičů Druhy spotřebičů Jmenovité napětí Provozní napětí Pracovní rozsah [V] [V] napětí [V] 6 7 5,4 7, , ,6 29

14 Jaké napětí elektrické soustavy? Elektrický rozvod ve vozidle Elektrická soustava řízení a měření 14 / 43 Úvaha Co přinese vyšší jmenovité napětí sítě?

15 Jaké napětí elektrické soustavy? Elektrický rozvod ve vozidle Elektrická soustava řízení a měření 14 / 43 Úvaha Co přinese vyšší jmenovité napětí sítě? + Menší proudy při zachování výkonu

16 Jaké napětí elektrické soustavy? Elektrický rozvod ve vozidle Elektrická soustava řízení a měření 14 / 43 Úvaha Co přinese vyšší jmenovité napětí sítě? + Menší proudy při zachování výkonu + Menší vliv přechodových odporů

17 Jaké napětí elektrické soustavy? Elektrický rozvod ve vozidle Elektrická soustava řízení a měření 14 / 43 Úvaha Co přinese vyšší jmenovité napětí sítě? + Menší proudy při zachování výkonu + Menší vliv přechodových odporů Těžší akumulátor

18 Jaké napětí elektrické soustavy? Elektrický rozvod ve vozidle Elektrická soustava řízení a měření 14 / 43 Úvaha Co přinese vyšší jmenovité napětí sítě? + Menší proudy při zachování výkonu + Menší vliv přechodových odporů Těžší akumulátor Nižší životnost žárovek

19 Porovnání 6V a 12V palubní sítě Elektrický rozvod ve vozidle Elektrická soustava řízení a měření 15 / 43 6V síť Jednostopá vozidla bez spouštěče Při výkonu P Proud I Průřez vodiče S 12V síť Osobní automobily Při výkonu P Proud I/2 Průřez vodiče S/4 Životnost 6V a 12V žárovek srovnatelná

20 Porovnání 12V a 24V palubní sítě Elektrický rozvod ve vozidle Elektrická soustava řízení a měření 16 / 43 12V síť Osobní automobily Žárovky versus vibrace Menší citlivost 24V síť Nákladní automobily, autobusy Žárovky versus vibrace Větší citlivost Výkonové spotřebiče U vozidel nad 12 t doporučeno Menší průměr vodičů Výrazný rozdíl v ceně akumulátorů (dvojnásobek)

21 Elektrický rozvod ve vozidle Kabelový rozvod řízení a měření 17 / 43 Kabelový rozvod Příklady kabelových rozvodů Škody Superb a Tatry Tatra 810,

22 Elektrický rozvod ve vozidle Kabelový rozvod řízení a měření 18 / 43 Normované značení svorek jednotlivých okruhů 11 1 Cívka zapalování, nízkonapěťový výstup 4 Cívka zapalování, vysokonapěťový výstup 30 Nespínané plus palubní sítě (výstup od plusu akumulátoru za pojistkou) 31 Nespínané mínus palubní sítě (mínus akumulátoru nebo kostra vozu) 49 Plus vstup u relé varovných světel 49a Plus výstup u relé varovných světel (frekvence blikání) 50 Řízení startéru, (řídicí relé, magnetický spínač), výstup ze spínací skříňky pro spouštěč 53 Motor stíračů, plus vstup pro stupeň 1 54 Brzdová světla 55 Koncová světla do mlhy. 11 Značení odvozeno z německé normy DIN

23 Elektrický rozvod ve vozidle Kabelový rozvod řízení a měření 19 / 43 Barevné značení Není jednotné, každá automobilka má jiné značení Automobily u stejné automobilky mohou mít různé barevné značení Škoda Forman 1991 spojení s kostrou (žlutá) Škoda Superb 2002 spojení s kostrou (hnědá) Dohoda u baterie červená barva (+) a černá ( ) Nutné pracovat s elektrotechnickou dokumentací

24 Elektrický rozvod ve vozidle Kabelový rozvod řízení a měření 20 / 43 Barevné značení UK British Standards Institution (BSI) BS-AU7 Colour Code for Vehicle Wiring Colour Purpose 12 Black All earth connections Blue Lighting switch (head) to dip switch Brown Main battery lead Green Accessories fuesed via ignition switch Light green Instrument voltage stabilizer to instruments Orange Wiper circuits fused via ignition switch Purple Accessories fed direct from battery via fuse Red Main feed to all circuits mastered by sidelamp switch White Ignition switch or starter solenoid to ballast resistor 12

25 Elektrický rozvod ve vozidle Kabelový rozvod řízení a měření 21 / 43 Dimenzování vodičů Měděné kabely Izolace z PVC Průřezy 0,5 120 mm 2 Krátká vedení podle proudového zatížení Dlouhá vedení podle největšího dovoleného úbytku napětí Přípustná proudová zatížení P = R v I 2, kde R v = ϱ l S Trvalé, 2 10 A/mm 2 Krátkodobé, A/mm 2 Dovolený úbytek napětí U = R v I 8 15 %

26 Elektrický rozvod ve vozidle Kabelový rozvod řízení a měření 22 / 43 Stanovení průřezu vodičů Měděné vodiče pro motorová vozidla 13 Nominal conductor crosssectional area Approx. number of individual strands Maximum impedance per meter at +20 C Maximum conductor diameter Nominal thickness of insulation Maximum external diameter of insulated wire Permissible continuous current at ambient temperature of +30 C +50 C mm 2 mω/m mm mm mm A A Viz literatura BOSCH

27 Uložení a mechanické upevnění vedení Elektrický rozvod ve vozidle Kabelový rozvod řízení a měření 23 / 43 Nesmí docházet k mechanickému nebo tepelnému poškození Vedení se nesmí při provozu pohybovat Nesmí vést přes ostré hrany Ochrana vodičů Svazkování Textilní páska PVC páska Vázací a stahovací pásky Průchodky Zaoblení hran Obalení nelepivou páskou Příchytky ke karoserii

28 Obvody elektrické soustavy vozidel I Elektrický rozvod ve vozidle Obvody elektrické soustavy řízení a měření 24 / 43 1 Obvod zdrojů Propojení generátoru proudu a akumulátoru (B) Patří sem i obvod spouštěče 2 Obvod pohotovostních spotřebičů (obvod 30) Některé větve spojeny s obvodem zdrojů Aktivní v klidovém stavu vozidla Zásuvka montážní lampy, nezávislé topení, vnitřní osvětlení, klakson, brzdová světla, atd. 3 Obvod denních spotřebičů (obvod 15 (54)) Větve spojené s obvody zdrojů spínačem zapalování Obvody zapalování, větve denních spotřebičů směrovky, stěrače, ovládání spouštěče, kontrola nabíjení, konrola mazání, atd.

29 Obvody elektrické soustavy vozidel II Elektrický rozvod ve vozidle Obvody elektrické soustavy řízení a měření 25 / 43 4 Obvod hlavních světel (obvod 56) Připojení ke zdroji hlavním vypínačem světel Vedení 56 vede k přepínači tlumených světel rozdělení na větve 56a (dálková světla) a 56b (tlumená světla) a další světla Aktivní jen s obvody 58 5 Obvod návěstních světel (obvod 58) Spojuje větve předních, zadních obrysových (koncových) světel, osvětlení SPZ a přístrojové desky

30 Jištění spotřebičů a vedení Elektrický rozvod ve vozidle Jištění spotřebičů a vedení řízení a měření 26 / 43 Účel jištění 1 Ochrana zařízení před nadměrným proudem 2 Zmenšení nebezpečí požáru Prodlužují vedení přídavný přechodový odpor (dva kontakty navíc) Jištění není normované Evropská vozidla jištění většiny obvodů odděleně pojistkami Americká vozidla jedna až dvě pojistky Co nejblíže ke zdroji Použití Tavné pojistky Tepelné jističe (v menší míře)

31 Elektrický rozvod ve vozidle Jištění spotřebičů a vedení řízení a měření 27 / 43 Pojistky Porcelánové Plastové Barevné značení 7,5 A hnědá 10 A červená 15 A modrá 20 A žlutá 25 A bílá 30 A zelená Umístění v pojistkových boxech Pojistky přístrojové pojistky Pojistkový box nožové pojistky

32 Elektrický rozvod ve vozidle Spojení vodičů řízení a měření 28 / 43 Spojení vodičů 1 Konektory (zásuvky/zástrčky) 2 Svorky 3 Spínací relé

33 Nestandardizováné konektory Výrobci automobilů konektory na zakázku Elektrický rozvod ve vozidle Spojení vodičů řízení a měření 29 / 43 Napojení snímačů, spotřebičů, řídicích jednotek,... Spojení kabelových svazků

34 Standardizované konektory Konektory autorádia (jednodílné, dvoudílné) Přívěsové zásuvky 7pólová z. ISO 13pólová z. DIN (Jäger) 13pólová z. Multicon (West) Konektor OBD Elektrický rozvod ve vozidle Spojení vodičů řízení a měření 30 / 43

35 Elektrický rozvod ve vozidle Spojení vodičů řízení a měření 31 / 43 Svorky Standardizované, většinou šroubové spoje Bateriové svorky Kostřicí svorky Propojovací svorky

36 Elektrický rozvod ve vozidle Spojení vodičů řízení a měření 32 / 43 Spínací relé Pro připojení výkonových spotřebičů Cívka relé + spínaný kontakt

37 Elektrický rozvod ve vozidle Koncepce rozvodu řízení a měření 33 / 43 Stará koncepce rozvodu Alternátor Startovací akumulátor Startér Pojistková skříň Přístrojová deska Ruční přepínače a relé Elektromotory Osvětlení Elektronika Topení/ vyhřívání G M M Kostra vozidla Jednovodičová elektrická soustava Záporná kostra 12 V popřípadě 24 V napájecí napětí Klasický kabelový stromeček Automobily bez řídicí sběrnice

38 Elektrický rozvod ve vozidle Koncepce rozvodu řízení a měření 34 / 43 Výkonová a komunikační sběrnice se skupinovým řízením Spotřebiče Spotřebiče G Přístrojová deska Rozvodná skříň Rozvodná skříň Výkonová sběrnice Komunikační sběrnice Použití rozvodných skříní k napojení spotřebičů Ovládání komunikační sběrnicí

39 Elektrický rozvod ve vozidle Koncepce rozvodu řízení a měření 35 / 43 Výkonová a komunikační sběrnice s individuálním řízením Spotřebič Spotřebič Spotřebič Řadič Řadič Řadič Výkonová sběrnice G Řadič Spotřebič Přístrojová deska Komunikační sběrnice Řadič Spotřebič Řadič Řadič Řadič Spotřebič Spotřebič Spotřebič Přímé připojení spotřebiče k výkonové sběrnici Individuální připojení ke komunikační sběrnici

40 Elektrický rozvod ve vozidle Koncepce rozvodu řízení a měření 36 / 43 Střídavá výk. a kom. sběrnice s individuálním řízením Spotřebiče Spotřebiče Rozvodná skříň Rozvodná skříň G Výkonová/komunikační sběrnice M Rozvodná skříň Spotřebiče Využití vyššího střídavého napětí Komunikační a výkonová sběrnice v jednom

41 Schémata elektrického rozvodu Elektrický rozvod ve vozidle Schémata elektrického rozvodu řízení a měření 37 / 43 Dáno normou ČSN (21 druhů el. schémat) Používaná schémata v automob. technice: Přehledové Blokové Naukové Obvodové

42 Příklad schématu zapojení Přehledové schéma Elektrický rozvod ve vozidle Schémata elektrického rozvodu řízení a měření 38 / Svorkovnice Kabelový svazek 3 Další vedení vodiče 4 Označení pojistky 5 Označení svorkovnice 6 Propojení v kab. svazku 7 Vnitřní propojení 8 Značka součásti 9 Pokračování součásti na další straně 10 Svorkovnice v kab. svazku 11 Připojovací svorka 12 Spoj relé v nosiči 13 Místo pro relé v nosiči 14 Průžez a barva vodiče 15 Konstrukční díl 16 Interní spoj 17 Kostřicí bod

43 Elektrický rozvod ve vozidle Schémata elektrického rozvodu řízení a měření 39 / 43 Blokové schéma

44 Elektrický rozvod ve vozidle Schémata elektrického rozvodu řízení a měření 40 / 43 Obvodové schéma

45 Elektrický rozvod ve vozidle Schémata elektrického rozvodu řízení a měření 41 / 43 Naukové schéma Kombinace obvodového a blokového schématu Funkční celky Detailně rozkreslená zapojení

46 Elektrický rozvod ve vozidle Konec řízení a měření 42 / 43 Děkuji za pozornost.

47 Elektrický rozvod ve vozidle Literatura řízení a měření 43 / 43 Literatura Bauer, H.; Dietsche, K.-H.; Crepin, J.; aj. (editoři): Bosch Electronic Automotive Handbook. Stuttgart: Robert Bosch GmbH, první vydání, Jan, Z.; Kubát, J.; Žďánský, B.: Elektrotechnika motorových vozidel 1. Brno: Avid, 2006, ISBN , 232 s. Jan, Z.; Kubát, J.; Žďánský, B.: Elektrotechnika motorových vozidel 2. Brno: Avid, 2006, ISBN , 232 s. Rashid, M. H.: Power Electronics Handbook, kapitola 31 Automotive Applications of Power Electronics. San Diego, California, USA: Academic Press, 2001, ISBN , s Štěrba, P.: Elektrotechnika a elektronika automobilů. Praha: Computer press, 2004, ISBN