Traktorok elektromos berendezései

A traktorok villamos hálózata áramforrásokból (akkumulátor és generátor), fogyasztókból (indítómotor, világító-, elektronikus berendezések stb.), kapcsolókból, biztosítékból és az ezeket összekötő elektromos vezetékekből épül fel (1. ábra). A villamos hálózat kisfeszültségű (12 V esetleg 24 V) egyenáramú ún. egyvezetékes rendszer. A test a negatív és a szigetelt vezetékek a pozitív polaritásúak.

 

 

1. ábra. Traktor elektromos hálózatának elvi felépítése

• kapcsolási vázlat jelképekkel,
• kapcsolási vázlat eszközök körvonalaival
• G1 generátor;
• G2 akkumulátor;
• M1 indítómotor;
• H1 töltésjelző lámpa;
• S2 indítókapcsoló;

 

Akkumulátor látja el a traktor áramellátását álló belsőégésű motor esetén.

Ma még kizárólag (savas) ólomakkumulátorokat alkalmaznak a traktor technikában, kiváló érték/ár arány miatt.

Az ólomakkumulátorok esetében az elektrolit hígított kénsav (H2SO4), ún. akkumulátorsav, amelynek sűrűsége 1,285 kg/dm3, 15oC-on.

Az ólomakkumulátor névleges feszültsége cellánként 2 V.

A traktortechnika általában 12 V-os akkumulátorokat alkalmaz.

A nehéz traktorok motorjainak indításához esetleg 2 darab 12 V-os akkumulátort az indítás idejére sorba kapcsolnak párhuzamos-soros kapcsolóval (2. ábra).

 

 

 

 

2. ábra. Két 12 V-os akkumulátor sorba kapcsolása indításkor párhuzamos-soros kapcsolóval

Az akkumulátor teljesítő képességének jelzésére a kapacitás fogalmat használják.

A kapacitás (tároló képesség) alatt Ah-ban kifejezett azon villamos töltés mennyiséget értjük, amelyet egy teljesen feltöltött akkumulátor a gyártója által megadott kisütő áramerősség mellett és megadott időtartam alatt képes szolgáltatni.

Jelenleg névleges kapacitásnak a húszórás kisütési időre vonatkoztatott értéket adják meg és C20 (Ah)-val jelölik.

Minél nagyobb egy akkumulátor kapacitása, annál több villamos töltést (energiát) képes tárolni, illetve szolgáltatni.

A személygépkocsikban 35-85 Ah, traktorokban és tehergépkocsikban 85-200 Ah kapacitású akkumulátorokat használnak.

A 200 Ah kapacitás azt jelenti, hogy az akkumulátor 20 órán keresztül képes 10 A-es áramot szolgáltatni, az ilyen terhelést igénylő elektromos fogyasztónak.

Az akkumulátor paraméterei közül jelentőséggel bír a hidegindítási áramerősség is.

Azt az áramerősséget értjük ez alatt, amelyet -18oC hőmérsékleten 30 másodpercig képes az akkumulátor szolgáltatni, úgy hogy a kapocsfeszültsége nem esik a névleges feszültségének 75%-a alá (12 V-os akkumulátor esetében 9 V alá).

Igen rövid ideig az akkumulátor nagyon nagy áram erősséggel terhelhető, ezt a maximális áramerősséget is megszokás adni a gyári adatok kötött.

Ha ennek megadása hiányzik, akkor az akkumulátor rövid ideig kb. a kapacitás számértékének 3-3,5 szeresének megfelelő maximális Amper árammal terhelhető.

A lemerülő ólomakkumulátor elektrolitjának (akkumulátorsav) sűrűsége csökken és az hamarabb (3. ábra) megfagyhat.

Télen fokozottabban kell ügyelni arra, hogy az akkumulátor elektromos töltéssel (villamos energiával) feltöltött legyen.

 

 

3. ábra. Az akkumulátorsav fagyáspontjának változása a sűrűség függvényében

Az alkalmazott ólomakkumulátorok a gondozásszegény (4. ábra) vagy a gondozásmentes (5. és 6. ábra) csoportba sorolhatók.

A gondozásszegény akkumulátort típusnál rendszeresen ellenőrizni kell a sav szintet és szükség esetén desztillált, vagy ioncserélt vízzel a szintet be kell állítani.

 

 

 

4. ábra. Gondozásszegény ólomakkumulátor felépítése:

• dobozfedél;
• pólus saru;
• elektrolit szint jele;
• közvetlen cellaösszekötő;
• zárókupak,
• pólushíd;
• akkumulátorház;
• talpszegély;
• pozitív és negatív lemezek;
• műanyag szigetelőlemezek

 

 

 

 

5. ábra. Gondozásmentes silver technológiával készült Bosch „Tecmaxx”  12 V-os; 170 Ah-ás akkumulátor (Fotó: Bosch)

A gondozásmentes teljesen zárt akkumulátort nem kell gondozni, nem kell a sav szintjét és sűrűségét ellenőrizni, mert működése közben az elpárolgó víz visszajuttatásáról az akkumulátor kiképzése gondoskodik.

A traktor elektromos rendszere kifogástalan állapotban van, akkor az akkumulátor elektromos feltöltése folyamatosan megvalósul.

Külső akkumulátortöltő készüléket csak akkor kell használni, ha a traktor elektromos rendszerének hibájából, vagy egyéb okból az akkumulátor lemerült.

Ha az akkumulátor nehezen tölthető fel és hamar elveszíti a tárolt energiát, akkor le kell cserélni.

A szokásos kialakítású és üzemeltetésű akkumulátor élettartalma 3-5 év.

Az ólomakkumulátorok hátránya, hogy önkisülés miatt, a tárolt villamos energiát elveszítik.

A nyári nagy melegben az önkisülés mértéke elérheti a 20-25 % /hónap értéket (hidegben az önkisülés értéke kisebb).

 

 

 

6. ábra. Gondozásmentes OPTIMA® „Spiralcell” akkumulátor felépítése (Forrás: www.optimabattery.co.uk )

A gondozásmentes ólomakkumulátorok újabb generációjában például az OPTIMA® „Spiralcell” nem cseppfolyós elektrolitet alkalmaznak, hanem gél jellegűt (6. ábra).

A spiralcell technológiával készült akkumulátort (térfogatarányosan) nagyobb áramerősséggel lehet terhelni és az önkisülése kisebb mértékű.

 

 

 

 

1. számú táblázat. Az elektrolit (H2SO4 kénsav +H2O) sűrűsége és a cella feltöltöttség foka közötti összefüggés

Az ólomakkumulátor töltöttségi foka legegyszerűbben az elektrolit (akkumulátor sav) sűrűségének mérésével határozható meg (1. számú táblázat).

A gondozásmentes akkumulátorok esetében erre nincs lehetőség, mert zártak a cellák.

Ebben az esetben az akkumulátor nagyságának (kapacitásának) megfelelő terhelő ellenállással leterhelt akkumulátor kapocsfeszültségének mérési eredményével lehet a feltöltöttségre következtetni.

 

 

 

 

7. ábra. Elektronikus akkumulátor szenzor (Fotó: Bosch)

Az akkumulátor töltésének karbantartására először a Bosch cég fejlesztett ki elektronikus akkumulátor szenzort (EBS> Electronic Battery Sensor).

A kisméretű elektronikus berendezést az akkumulátor kivezetésére lehet csatlakoztatni (7. ábra).

Az EBS figyeli az akkumulátort indítás alatt és üzem közben.

Az alkalmazott hardver és a szoftver meghatározza (feszültség, áram, hőmérséklet mérésével), az akkumulátor képességét, és ha az nem megfelelő, akkor vezető részére a műszerfalra jelzést küld.

Ezt a hasznos elektronikus berendezést a traktortechnika is egyre gyakrabban alkalmazza.

 

 

 

8. ábra. Bosch LI-X típ. váltakozó áramú generátor és főegységei (Fotó: Bosch)

 

 

 

9. ábra. A váltakozó áramú generátor elektromos kapcsolási rajza:

• gerjesztőtekercs;
• állórész-tekercselés;
• gerjesztő-diódák;
• teljesítménydiódák;
• feszültségszabályozó;
• akkumulátor;
• fogyasztók

 

Váltakozó áramú generátor traktormotor működése esetén mechanikai munka rovására villamos energiát állít elő.

A váltakozó áramú generátor egybe van építve egyenirányító diódákkal, tehát a generátor egységből egyenáramot kap az elektromos hálózat.

A váltakozó áramú generátor leggyakoribb ún. körmös pólusú forgórésszel rendelkező típusának kialakítását a 8. ábra szemlélteti.

A generátor forgórészén helyezkedik el az egyenáramú gerjesztőtekercs, az állórészen pedig a háromfázisú tekercselési rendszer, az egyenirányító diódasor és a feszültség szabályozó.

A generátor elektromos kapcsolási rajzát a 9. ábra mutatja.

A generátor nem igényel gondozást és karbantartást, élettartama a traktor belsőégésű motorjával általában megegyezik.

 

 

 

 

10. ábra. Traktormotorhoz alkalmazható 12 V-os, 4 kW-os, menetes tengelyű  indítómotor (Fotó: Bosch)

Indítómotor a traktormotor indítására szolgál.

Az indítómotor ma már szinte kizárólagosan akkumulátorról táplált egyenáramú villamosmotor.

Az indítómotor időszakosan (csak az indítás alatt) forgatja a motor főtengelyét, a lendkerék fogas-koszorújához kapcsolódó fogaskerékkel.

Az indítómotorok főáramkörű egyenáramú villamosmotorok, és kialakításuk szerint lehetnek: csúszóarmatúrásak, csúszófogaskerekesek, kétfokozatú csúszókerekesek és menetes tengelyesek.

A traktormotorhoz alkalmazható 12 V-os; 4 kW-os menetes tengelyű indítómotor szerkezetét a 10. ábra mutatja.

.A több hengeres nagy teljesítményű dízelmotor indítására újabban két darab párhuzamosan dolgozó 24 voltos, 8-25 kW összteljesítményű egységet kínál a Bosch (11. ábra).

 

 

 

 

11. ábra. Két párhuzamosan működő menetes tengelyű indító motor elhelyezése (Fotó: Bosch)

Az indítómotor áramfelvétele nagy, amelynek vezetéséhez nagy átmérőjű (8-14 mm) vezeték (sodrott rézkábel) szükséges.

Indításkor a műszerfalról célszerűségi okból csak a fogaskerék kapcsolatot létrehozó rendszer (behúzó mágnes) áramkörét kapcsolják.

A fogaskerék kapcsolat létesítése után kerül áram alá maga az indítómotor.

A normális használat során az indítómotor inkább mechanikusan megy tönkre, mint villamos okból.

 

 

 

 

12. ábra. Régebbi típusú izzítógyertyák kapcsolási vázlata négyhengeres dízelmotornál

• izzító-indító kapcsoló;
• jelző izzószál;
• előtét-ellenállás;
• izzítógyertyák;
• előkamra;
• dugattyú

Izzító-gyertyát használnak leggyakrabban a dízelmotor indíthatóságának megkönnyítésére.

A régebbi típusú izzító-gyertyák 2-3 mm átmérőjű izzószála közvetlenül az égéstérbe, előkamrába nyúlt be (12. ábra).

Ezeket a gyertyákat sorba kötve alkalmazzák, és ha egy meghibásodik, a többi sem működik.

Az egy gyertyára jutó feszültség 1,7 V-nál nem lehet nagyobb, ezért 12 V-os hálózati feszültségnél hat hengerszámnál kisebb dízelmotor esetben előtétellenállást kell használni.

Az izzító-gyertyák egyenként 50-70 watt teljesítményűek, az 1000oC körüli felmelegedéshez sok időre, 40-80 másodpercre van szükség.

 

 

 

 

13. ábra. Korszerű rúd alakú izzító-gyertya beépítése közvetlen befecskendezésű dízelmotorba (Fotó: Bosch)

14. ábra. Korszerű rúd alakú izzítógyertya felépítése (Forrás: www.ngk.com)

• fűtőspirál
• porszigetelés
• szabályozóspirál
• króm védőcső
• hézag
• csavarmenet
• záró tömítés
• gyertyaház
• tömítő O-gyűrű
• szigetelőlap
• záró anya
• elektromos csatlakozó

 

15. ábra. A rúd alakú izzítógyertya csúcsának hőmérséklet-változása az idő függvényében (Forrás: www.ngk.com)

 

 

 

 

16. ábra. Rúd alakú izzítógyertyák kapcsolási vázlata IM) indítómotor, J) jelzőlámpa.

•  indítókapcsoló;
• kapcsolórelé;
• rúd alakú izzítógyertyák;
• hűtővíz hőmérséklet érzékelő

A mai modern traktoroknál korszerű rúd alakú izzító-gyertyákat építenek be a közvetlen befecskendezésű dízelmotorba (13. ábra).

A rúd alakú izzító-gyertyák védőcsőbe helyezett összetett fűtőszála 12 vagy 24 V-os névleges feszültségre készül (14. ábra).

A rúd alakú izzító-gyertya felépítésűk, illetve az elektronikus vezérlésük révén igen gyorsan 2-4 másodperc alatt felmelegszenek kb. 1000oC-ra (15. ábra).

Bekapcsoláskor 80-100 A-es áramot vesz fel egy gyertya, és felmelegedésekor ez az áramerőség 30-50 A-re csökken, miközben az üzemi hőmérséklete közel állandó (kb. 1050oC) értéken marad.

A rúd alakú izzító-gyertyák párhuzamosan vannak kapcsolva, és működését az indító elektronika vezérli (16. ábra).

Beszerelésnél speciális kenőzsírt kell alkalmazni és a kiszereléshez is nyomatékkulcsot, a beszakítás elkerülésére.

 

 

 

 

17. ábra. Traktor CAN busz rendszerének elvi felépítése

CAN busz (Controller Area Network, hálózat a vezérlők számára) egy soros adatátviteli lehetőség valós idejű alkalmazások számára.

A CAN buszt eredetileg a Bosch GmbH fejlesztette ki az 1980-as évek közepén az autóiparban jelentkező kábelezési problémák költségtakarékos megoldására, de ma már nemzetközi szabvánnyá vált, és az egész járművezérlést átfogja.

A modern traktortechnika is átvette a CAN busz rendszert.

A CAN hálózat a kétvezetékes buszból és a hozzá kapcsolódó ún. csomópontokból áll.

Az adatokat (pl. motorfordulatszám, haladási sebesség stb.) leíró bináris információk bitenként sorban haladnak a vezetéken, és a vezérlőállomások hasznosítják azokat, ha szükségük van rá.

Egy korszerű univerzális traktor CAN busz hálózatának elvi felépítést a 17. ábra szemlélteti.

A rendszer rugalmas, új jeladóval, vagy funkcióval könnyen bővíthető.

A CAN busz rendszer rendkívül előnyös abban az esetben, ha egy jeladó által mért adatot több vezérlőegység kíván felhasználni.

A traktor elektronikus hálózatának működését a rész egységek pl. motor, erőátvitel, fékberendezés stb. szabályozásának ismeretében lehet részletesen áttekinteni, amely meghaladja a jelen cikk terjedelmét.