По каким конструктивным характеристикам различают генераторы – Разные конструкции типы генераторов тока. Генераторы: устройство,технологии, особенности применения

По каким конструктивным характеристикам различают генераторы — Лечение суставов

Стартер — основной агрегат пусковой системы двигателя, раскручивающий его вал до частоты вращения, необходимой для запуска двигателя. Основные узлы стартера — двигатель, редуктор, устройства сцепления и расцепления с валом основного двигателя, пусковое устройство (для стартеров, которые не могут запускаться самостоятельно, например бензиновых, турбокомпрессорных).

Генератор — устройство, обеспечивающее преобразование механической энергии вращения коленчатого вала двигателя автомобиля в электрическую. Автомобильный генератор используется для зарядки аккумуляторной батареи автомобиля, а также для питания штатных электропотребителей таких как бортовой компьютер, габаритные огни и другие. К автомобильным генераторам предъявляют высокие требования по надежности, так как генератор обеспечивает бесперебойную работу большинства компонентов современного автомобиля.

Конструктивные особенности генераторов

Отечественные и зарубежные генераторы в принципе имеют идентичную конструкцию, в основу которой положена клювообразная полюсная система ротор. Такая система позволяет создать многополюсную систему с помощью одной катушки возбуждения.

Рисунок 1.9 Клювообразная полюсная система ротора

По организации системы охлаждения генераторы можно разделить на два типа — традиционной конструкции, с вентилятором на приводном шкиве и компактной конструкции, с двумя вентиляторами у торцевых поверхностей полюсных половин ротора. В первом случае охлаждающий воздух засасывается вентилятором через вентиляционные окна в крышке со стороны контактных колец, во втором — через вентиляционные окна обеих крышек. Компактную конструкцию отличают наличие вентиляционных отверстий на цилиндрических частях крышек и усиленное оребрение. Малый диаметр внутренних вентиляторов позволяет увеличить частоту вращения ротора генераторов компактной конструкции, поэтому ряд фирм называет их высокоскоростными. Последние годы как в России, так и за рубежом новые разработки генераторов имеют обычно компактную конструкцию. Для автомобилей с высокой температурой воздуха в моторном отсеке или работающих в условиях повышенной запыленности, применяют конструкцию с поступлением забортного воздуха через кожух с патрубком и воздуховод.

По общей компоновке генераторы разделяются на конструкции, у которых щеточный узел размещен во внутренней полости генератора, и конструкции с размещением его снаружи под специальным пластмассовым кожухом. В последнем случае контактные кольца ротора имеют малый диаметр, т.к. при сборке генератора они должны пройти через внутренний диаметр подшипника задней крышки. Уменьшение диаметра колец способствует повышению ресурса работы щеток.

Рисунок 1.10 Схема движения охлаждающего воздуха в генераторах

Отечественные генераторы традиционной конструкции в основном выполняются либо с конструктивной преемственностью генераторов автомобилей ВАЗ, либо длительное время применявшихся на автомобилях многих марок генераторов Г250. Статор генератора устанавливается между крышками, причем их посадочные места контактируют с наружной поверхностью пакета статора. Чем глубже статор утоплен в крышке, тем меньше вероятность, появления перекоса подшипников, установленных в крышках. Некоторые зарубежные фирмы выпускают генераторы, у которых статор полностью утоплен в переднюю крышку. Существуют конструкции, у которых средние листы пакета выступают над остальными и они являются посадочным местом для крышки.

Электрические схемы автомобильных генераторных установок.

Различают два типа невзаимозаменяемых регуляторов напряжения — в одном типе (рис. 1.11) выходной коммутирующий элемент регулятора напряжения соединяет вывод обмотки возбуждения генератора с «+» бортовой сети, в другом типе (рис. 1.12, 1.13) — с «-» бортовой сети. Транзисторные регуляторы напряжения второго типа являются более распространенными.

Чтобы на стоянке аккумуляторная батарея не разряжалась, цепь обмотки возбуждения генератора (в схемах 1.11, 1.12) запитывается через выключатель зажигания. Однако при этом контакты выключателя коммутируют ток до 5А, что неблагоприятно сказывается на их сроке службы. Разгрузить контакты выключателя можно, используя промежуточное реле, но более прогрессивно, если через выключатель зажигания запитывается лишь цепь управления регулятора напряжения (рис. 1.13), потребляющая ток силой в доли ампера.

Рисунок 1.11 Схема соединения генератора

Прерывание тока в цепи управления пере водит электронное реле регулятора в выключенное состояние, что не позволяет току протекать через обмотку возбуждения. Однако применение выключателя зажигания в цепи генераторной установки снижает ее надежность и усложняет монтаж на автомобиле. Кроме того, в схемах падение напряжения в выключателе зажигания и других коммутирующих или защитных элементах, включенных в цепь регулятора (штекерные соединения, предохранители), влияет на уровень поддерживаемого регулятором напряжения и частоту переключения его выходного транзистора, что может сопровождаться миганием ламп осветительной и светосигнальной аппаратуры, колебанием стрелок вольтметра и амперметра.

Рисунок 1.12 Схема соединения генератора

Поэтому более перспективной является схема на рис. 5. В этой схеме обмотка возбуждения имеет свой дополнительный выпрямитель, состоящий из трех диодов. К выводу «Д» этого выпрямителя и подсоединяется обмотка возбуждения генератора. Схема допускает некоторый разряд аккумуляторной батареи малыми токами по цепи регулятора напряжения, и при длительной стоянке рекомендуется снимать наконечник провода с клеммы «+» аккумуляторной батареи.

Рисунок 1.13 Схема соединения генератора

В схему на рис. 5 введено подвозбуждение генератора от аккумуляторной батареи через контрольную лампу 8. Небольшой ток, поступающий в обмотку возбуждения через эту лампу от аккумуляторной батареи, достаточен для возбуждения генератора и в то же время не может существенно влиять на разряд аккумуляторной батареи. Обычно параллельно контрольной лампе включают резистор 1З, чтобы даже в случае перегорания контрольной лампы генератор мог возбудиться.

Контрольная лампа в схеме на рис. 5 является одновременно и элементом контроля работоспособности генераторной установки. В схеме применен стабилитрон 12, гасящий всплески напряжения, опасные для электронной аппаратуры.

Рисунок 1.14 Схема соединения генератора

С целью контроля работоспособности в схеме рис. 1 введены реле с нормально замкнутыми контактами, через которые получает питание контрольная лампа 8. Эта лампа загорается после включения замка зажигания и гаснет после пуска двигателя, т.к. под действием напряжения от генератора реле, обмотка которого подключена к нулевой точке обмотки статора, разрывает свои нормально замкнутые контакты и отключает контрольную лампу 8 от цепи питания.

Рисунок 1.15 Схема соединения генератора

Если лампа 8 при работающем двигателе горит, значит, генераторная установка неисправна. В некоторых случаях обмотка реле контрольной лампы 6 подключается на вывод фазы генератора.

Схема рис. 6 характерна для генераторных установок с номинальным напряжением 28 вольт. В этой схеме обмотка возбуждения включена на нулевую точку обмотки статора генератора, т.е. питается напряжением, вдвое меньшим, чем напряжение генератора. При этом приблизительно вдвое снижаются и величины импульсов напряжения, возникающих при работе генераторной установки, что благоприятно сказывается на надежности работы полупроводниковых элементов регулятора напряжения.

Рисунок 1.16 Схема соединения генератора

Резистор 13 служит тем же целям, что и контрольная лампа в схеме рис. 5, т.е. обеспечивает уверенное возбуждение генератора.

На автомобилях с дизельными двигателями может применяться генераторная установка на два уровня напряжения 14/28 В. Второй уровень 28 В используется для зарядки аккумуляторной батареи, работающей при пуске ДВС. Для получения второго уровня используется электронный удвоитель напряжения или трансформаторно-выпрямительный блок (ТВБ), как это показано на рис. 4.

В системе на два уровня напряжения регулятор стабилизирует только первый уровень напряжения 14 вольт. Второй уровень возникает посредством трансформации и последующего выпрямления ТВБ переменного тока генератора. Коэффициент трансформации трансформатора ТВБ близок к единице.

В некоторых генераторных установках зарубежного и отечественного производства регулятор напряжения поддерживает напряжение не на силовом выводе генератора «+», а на выводе его дополнительного выпрямителя, как показано на схеме рис. 7.

Рисунок 1.17 Схема соединения генератора

Схема является модификацией схемы рис. 5, с устранением ее недостатка — разряда аккумуляторной батареи регулятора напряжения при длительной стоянке. Такое исполнение схемы генераторной установки возможно потому, что разница напряжения на клеммах «+» и «Д» невелика. На этой же схеме (рис. 7) показано дополнительное плечо выпрямителя, выполненное на стабилитронах, которые в нормальном режиме работают как обычные выпрямительные диоды, а в аварийных — предотвращают опасные всплески напряжения.

Рисунок 1.18 Схема соединения генератора

Резистор R, как было показано выше, расширяет диагностические возможности схемы. Этот резистор вообще характерен для генераторных установок фирмы 8osch. Генераторные установки без дополнительного выпрямителя, но с подводом к регулятору вывода фаз, применение которых, особенно японскими и американскими фирмами, расширяется, выполняются по схеме рис. 8. В этом случае схема генераторной установки упрощается, но усложняется схема регулятора напряжения, т.к. на него переносятся функции предотвращения разряда аккумуляторной батареи на цепь возбуждения генератора при неработающем двигателе автомобиля и управления лампой контроля работоспособного состояния генераторной установки.

На вход регулятора может подаваться напряжение генератора или аккумуляторной батареи (пунктир на рис. 8), а иногда и оба эти напряжения сразу.

Конечно, стабилитрон 12, защищающий от всплесков напряжения дополнительное плечо выпрямителя, а также выполнение выпрямителя на стабилитронах может быть использовано в любой из приведенных схем.

Некоторые фирмы применяют включение контрольной лампы через разделительный диод, а в схемах рис. 5, 7 включение ее идет через контактное реле. В этом случае обмотка реле включается на место контрольной лампы. Если генераторная установка работает в комплексе с датчиком температуры электролита, она имеет дополнительные выводы для его подсоединения.

Генераторы на большие выходные токи могут иметь параллельное включение диодов выпрямителя. Для защиты цепей генераторной установки применяют предохранители, обычно в цепях контрольной лампы, соединениях регулятора с аккумуляторной батареей, в цепи питания аккумуляторной батареи.

Source: studwood.ru

Почитайте еще:

Разные конструкции типы генераторов тока. Генераторы: устройство,технологии, особенности применения

«А зачем он, собственно, нужен?» – вполне резонно спросят многие читатели. Оказывается, что большинству подобный агрегат просто необходим, причем причины у каждого покупателя свои.

Избалованные комфортом городские жители, однажды увидев у приятеля на пикнике генератор , уже не представляют себе отдыха за городом без этого «чуда».

Для других станция – это порой единственный источник электроснабжения из-за проблем с централизованной сетью или вовсе из-за ее отсутствия.

Ремонтные бригады, аварийные службы, владельцы коттеджей, магазинов и АЗС – это далеко не полный перечень клиентов фирм по продаже генераторов.

Вот и получается, что очень разные люди для совершенно разных целей рано или поздно решаются приобрести свою собственную автономную «электророзетку». Именно так нужно воспринимать современную, компактную, экономичную и тихую бензиновую (дизельную) электростанцию.

Это надо знать

При выборе генератора, как правило, руководствуются личными предпочтениями. Кому-то подавай мобильность и малый вес, другому необходимы возможность автоматизации и длительной безостановочной работы, а иной хочет то и другое сразу, да чтобы дешево. Но в любом случае приходится решать задачу выбора агрегата соответствующей мощности. Для начала попробуем выяснить, что же это такое – «мощность электрического тока»?

Как рассчитать необходимую мощность генератора?

Возьмем, к примеру, 2-киловаттный обогреватель, 1-киловаттный пылесос и 300-ваттную морозильную камеру. Что объединяет столь разные нагрузки? Оказывается, чтобы «запитать» каждую из них, необходим электрогенератор мощностью как минимум 3 кВ.А.

Возникает два резонных вопроса. Первый: почему одна и та же величина (мощность) указывается в разных единицах измерения: кВт и кВ.А? И второй: почему потребителей электрической энергии (у нас это обогреватель, пылесос и морозильник) нельзя «стричь под одну гребенку»?

Что такое коэффициент мощности?

Из школьного курса физики известно, что мощность равна произведению напряжения и тока. Поэтому логично, что измеряется она в вольт-амперах, или ВА. Это полная или, как ее еще называют, кажущаяся мощность. Последняя делится на две составляющие.

Активная (полезная) расходуется непосредственно на совершение работы, типичной для данного электроприбора. Эту «видимую» часть измеряют в ваттах, или Вт. Реактивная, измеряемая в вольт-амперах реактивных (вар), тратится на создание магнитных полей в катушках и электрических полей в конденсаторах.

После взаимодействия с нагрузками реактивного характера синусоиды тока и напряжения сдвигаются друг относительно друга на некоторый угол Phi. Чем он ближе к 0 (cos Phi – > 1), тем больше полезная мощность, так как в конкретный момент времени перемножаются максимальные значения вольтажа и ампер. Приборы с cos Phi менее 0,7 подключать к сети запрещено правилами.

Теперь ответим на второй вопрос. Начнем с пылесоса: почему применительно к нему нельзя полностью реализовать мощность генератора ?

Электрическое сопротивление пылесоса имеет реактивную составляющую, причем индуктивного характера. Главный «виновник» этого – электромотор с его обмотками, которые добавляют к разности фаз генератора (альтернатора) электростанции собственную разность фаз того же знака (направления). В результате приходится применять еще один – поправочный – коэффициент мощности, характеризующий теперь уже потребителя энергии.

Электрогенератор

Электрогенератор, или альтернатор , как его часто называют специалисты, преобразует механическую энергию вращения вала двигателя в электромагнитную энергию переменного тока. В зависимости от его типа и конструкции электростанция подходит для решения тех или иных задач.

Синхронный или асинхронный?

Для возбуждения ЭДС (электродвижущей силы) в обмотках статора (неподвижная часть генератора) нужно создать переменное магнитное поле. Это достигается вращением намагниченного ротора (другое его название – якорь). Для намагничивания используют разные приемы.

Так, у синхронного генератора на якоре имеются обмотки, на которые подается электрический ток. Изменяя его величину, можно влиять на магнитное поле, а, следовательно, и на напряжение на выходе статорных обмоток. Роль регулятора прекрасно играет простейшая электрическая схема с обратной связью по току и напряжению. Благодаря этому способность синхронного альтернатора «проглатывать» кратковременные перегрузки очень высока и ограничена лишь омическим (активным) сопротивлением его обмоток.

Однако у такой схемы есть и недостатки. Прежде всего, ток приходится подавать на вращающийся ротор, для чего традиционно используют щеточный узел. Работая с довольно большими (особенно во время перегрузок) токами, щетки перегреваются и частично «выгорают». Это приводит к плохому их прилеганию к коллектору, к повышению омического сопротивления и к дальнейшему перегреву узла. Кроме того, подвижный контакт неизбежно искрит, а значит, становится источником радиопомех.

Чтобы избежать преждевременного износа, рекомендуется время от времени контролировать состояние щеточного узла и при необходимости очищать либо менять щетки. Кстати, после их замены желательно дать им время «приработаться» к коллектору, а уж затем нагружать станцию «по полной программе».

Многие самые современные синхронные генераторы снабжены бесщеточными системами возбуждения тока на катушках ротора (их еще называют brashless). Они лишены перечисленных недостатков, а потому предпочтительнее.

Вообще не имеет обмоток на роторе. Для возбуждения ЭДС в его выходной цепи используют остаточную намагниченность якоря. Конструктивно такой альтернатор намного проще, надежнее и долговечнее. К тому же, поскольку обмотки ротора охлаждать не нужно (их просто нет), корпус асинхронного генератора можно сделать закрытым и тем самым практически исключить попадание внутрь пыли и влаги.

К сожалению, асинхронники тоже не лишены недостатков. Стабильность напряжения на выходе у них обычно хуже, чем у синхронников. Да и способность к пусковым перегрузкам оставляет желать лучшего: при достижении некоторого критического значения тока в обмотках статора, ротор попросту размагничивается. Впрочем, намагнитить его несложно – достаточно подать на определенные входы указанное в инструкции напряжение.

Перечисленные «асинхронные проблемы» частично решают, оснащая станции регулятором напряжения и стартовым усилителем. Однако все эти «навороты» лишают агрегат его главного достоинства – простоты.

Сколько же в нем фаз?

Действительно, зачем нужны непонятные три фазы, когда и с одной-то не разберешься? Но в том-то и дело, что без них – никуда. Начне

Устройство автомобильного генератора

По своему конструктивному исполнению генераторные установки можно разделить на две группы — генераторы традиционной конструкции с вентилятором у приводного шкива и генераторы так называемой компактной конструкции с двумя вентиляторами во внутренней полости генератора.Обычно «компактные» генераторы оснащаются приводом с повышенным передаточным отношением через поликлиновый ремень и поэтому по принятой у некоторых фирм терминологии, называются высокоскоростными генераторами. При этом внутри этих групп можно выделить генераторы, у которых щеточный узел расположен во внутренней полости генератора между полюсной системой ротора и задней крышкой и генераторы, где контактные кольца и щетки расположены вне внутренней полости. В этом случае генератор имеет кожух, под которым располагается щеточный узел, выпрямитель и, как правило, регулятор напряжения.

Любой генератор содержит статор с обмоткой, зажатый между двумя крышками — передней, со стороны привода, и задней, со стороны контактных колец. Крышки, отлитые из алюминиевых сплавов, имеют вентиляционные окна, через которые воздух продувается вентилятором сквозь генератор.

Генераторы традиционной конструкции снабжены вентиляционными окнами только в торцевой части, генераторы «компактной» конструкции еще и на цилиндрической части над лобовыми сторонами обмотки статора. «Компактную» конструкцию отличает также сильно развитое оребрение, особенно в цилиндрической части крышек. На крышке со стороны контактных колец крепятся щеточный узел, который часто объединен с регулятором напряжения, и выпрямительный узел.Крышки обычно стянуты между собой тремя или четырьмя винтами, причем статор обычно оказывается зажат между крышками, посадочные поверхности которых охватывают статор по наружной поверхности. Крепежные лапы и натяжное ухо генератора отливаются заодно с крышками, причем, если крепление двухлапное, то лапы имеют обе крышки, если однолапное — только передняя. Впрочем, встречаются конструкции, у которых однолапное крепление осуществляется стыковкой приливов задней и передней крышек, а также двухлапные крепления, при котором одна из лап, выполненная штамповкой из стали, привертывается к задней крышке, как, например, у некоторых генераторов фирмы Paris—Rhone прежних выпусков. При двухлапном

Рисунок 5.8 Статор генератора:1 — сердечник, 2 — обмотка, 3 — пазовый клин, 4 — паз, 5 — вывод для соединения с выпрямителем

креплении в отверстии задней лапы обычно располагается дистанционная втулка, позволяющая при установке генератора выбирать зазор между кронштейном двигателя и посадочным местом лап.

Статор генератора (рис. 5.3) набирается из стальных листов толщиной 0.8…1 мм, но чаще выполняется навивкой «на ребро». Такое исполнение обеспечивает меньше отходов при обработке и высокую технологичность.

Особенностью автомобильных генераторов является вид полюсной системы ротора (рис. 5.4). Она содержит две полюсные половины с выступами — полюсами клювообразной формы по шесть на каждой половине.

Рисунок 5.9 Ротор автомобильного генератора: а — в сборе; б — полюсная система в разобранном виде; 1,3- полюсные половины; 2 — обмотка возбуждения; 4 — контактные кольца; 5 – вал.

Полюсные половины выполняются штамповкой и между и между ними на валу устанавливается катушка с обмоткой возбуждения. Обмотка возбуждения в сборе с ротором пропитывается лаком. Клювы полюсов по краям обычно имеют скосы с одной или двух сторон для уменьшения магнитного шума генераторов. В некоторых конструкциях для той же цели под острыми конусами клювов размещается антишумовое немагнитное кольцо, расположенное над обмоткой возбуждения. Это кольцо предотвращает возможность колебания клювов при изменении магнитного потока и, следовательно, излучения ими магнитного шума.

На валу ротора располагаются также контактные кольца, выполняемые чаще всего из меди, с опрессовкой их пластмассой. К кольцам припаиваются или привариваются выводы обмотки возбуждения. Иногда кольца выполняются из латуни или нержавеющей стали, что снижает их износ и окисление особенно при работе во влажной среде. Малый диаметр колец способствует уменьшению износа щеток. Именно по условиям монтажа некоторые фирмы применяют в качестве задней опоры ротора роликовые подшипники, т.к. шариковые того же диаметра имеют меньший ресурс.

Щеточный узел — это пластмассовая конструкция, в которой размещаются щетки т.е. скользящие контакты. В автомобильных генераторах применяются щетки двух типов — меднографитные и электрографитные. Последние имеют повышенное падение напряжения в контакте с кольцом по сравнению с меднографитными, что неблагоприятно сказывается на выходных характеристиках генератора, однако они обеспечивают значительно меньший износ контактных колец. Щетки прижимаются к кольцам усилием пружин. Обычно щетки устанавливаются по радиусу контактных колец, но встречаются и так называемые реактивные щеткодержатели, где ось щеток образует угол с радиусом кольца в месте контакта щетки. Это уменьшает трение щетки в направляющих щеткодержателя и тем обеспечивается более надежный контакт щетки с кольцом. Часто щеткодержатель и регулятор напряжения образуют неразборный единый узел.

Выпрямительные узлыприменяются двух типов — либо это пластины-теплоотводы, в которые запрессовываются (или припаиваются) диоды силового выпрямителя или на которых распаиваются и герметизируются кремниевые переходы этих диодов, либо это конструкции с сильно развитым оребрением, в которых диоды, обычно таблеточного типа, припаиваются к теплоотводам. Диоды дополнительного выпрямителя имеют обычно пластмассовый корпус цилиндрической формы или в виде горошины или выполняются в виде отдельного герметизированного блока, включение в схему которого осуществляется шинками.

Подшипниковые узлы генераторовэто, как правило, радиальные шариковые подшипники с одноразовой закладкой пластичной смазки на весь срок службы и одно или двухсторонними уплотнениями, встроенными в подшипник. Роликовые подшипники применяются только со стороны контактных колец и достаточно редко, в основном, американскими фирмами.

Охлаждение генератораосуществляется одним или двумя вентиляторами, закрепленными на его валу. При этом у традиционной конструкции генераторов (рис. 5.5, а) воздух засасывается центробежным вентилятором в крышку со стороны контактных колец. У генераторов, имеющих щеточный узел, регулятор напряжения и выпрямитель вне внутренней полости и защищенных кожухом, воздух засасывается через прорези этого кожуха, направляющие воздух в наиболее нагретые места — к выпрямителю и регулятору напряжения. На автомобилях с плотной

Рисунок 5.10 Система охлаждения генераторов. а — генераторы обычной конструкции; б — генераторы для повышенной температуры в подкапотном пространстве; в — генераторы компактной конструкции.

компоновкой подкапотного пространства, в котором температура воздуха слишком велика, применяют генераторы со специальным кожухом (рис. 5.5,б), закрепленным на задней крышке и снабженным патрубком со шлангом, через который в генератор поступает холодный и чистый забортный воздух. У генераторов «компактной» конструкции охлаждающий воздух забирается со стороны как задней, так и передней крышек. Стрелками показано направление воздушных потоков

Автомобильные генераторы переменного тока.

Генераторы переменного тока



Развитие автомобилестроения сопровождалось ростом требований к безотказности и увеличению срока службы автомобилей, комфорту их эксплуатации, снижению эксплуатационных затрат на техническое обслуживание и ремонт, а также соответствие все возрастающим требованиям безопасности движения.
В связи с этим появилась необходимость существенного увеличения мощности и срока службы автомобильных генераторов, как основных источников электрического тока, улучшения их эксплуатационных характеристик и снижения эксплуатационных затрат. Появилась необходимость уменьшения габаритных размеров и массы генераторов, как, впрочем, и многих других агрегатов и устройств, что позволяло гибко проектировать компоновку и внешний дизайн автомобилей, а также получать экономию дорогостоящих металлов.

Удовлетворение перечисленных требований путем совершенствования конструкции и технологии производства генераторов постоянного тока, учитывая низкую надежность и малый срок службы щеточно-коллекторного узла, а также габаритные размеры и массу генераторов постоянного тока, стало неосуществимо. Поэтому было выбрано новое направление в развитии автомобильных генераторов – создание генераторов переменного тока.

Название «генератор переменного тока» несколько условно, и касается в основном особенностей конструкции генератора, поскольку они оснащены встроенными полупроводниковыми выпрямителями и питают потребители постоянным (выпрямленным) током.
В генераторах постоянного тока таким выпрямителем является щеточно-коллекторный узел, осуществляющий выпрямление переменного тока, полученного в обмотках якоря.
Развитие полупроводниковой техники позволило применить в генераторах переменного тока более совершенный и надежный выпрямитель на полупроводниковых диодах, в котором отсутствовали механические детали и узлы, подверженные износу и отказам.

***

Преимущества и недостатки генераторов переменного тока

К основным преимуществам генераторов переменного тока по сравнению с генераторами постоянного тока можно отнести следующие свойства:

• при одинаковой мощности их масса в 1,8…2,5 раза меньше, причем примерно в три раза меньше расходуется ценного цветного металла – меди;
• при одинаковых габаритах генераторы переменного тока выдают большую мощность;
• ток начинает вырабатываться при меньшей частоте вращения ротора;
• проще схема и конструкция регулирующего устройства вследствие отсутствия элемента ограничения силы тока и реле обратного тока;
• проще и надежнее конструкция токосъемного устройства, особенно, в бесконтактных генераторах переменного тока;
• меньше эксплуатационные затраты из-за высокой надежности работы и увеличения срока службы.

С практической точки зрения преимущества генератора переменного тока проявляются в том, что вырабатываемый им ток снимается с неподвижных обмоток, закрепленных на корпусе-статоре. Обмотка возбуждения, выполненная на вращающемся роторе, существенно легче неподвижных обмоток статора, поэтому ротор можно вращать с большей скоростью, не опасаясь явлений дисбаланса вращающихся масс. Да и ток возбуждения в этом случае подвести проще, поскольку он небольшой. В результате щетки и контактные кольца служат дольше.

Кроме того, генератор постоянного тока, в отличие от генератора переменного тока, начинает вырабатывать ток при относительно большой частоте вращение якоря. По этой причине для его полноценного функционирования, например, на холостых оборотах двигателя, необходимо значительное передаточное число привода, что в дальнейшем (на рабочей частоте коленчатого вала) может привести к дисбалансу (из-за значительной массы якоря), износу подшипников и элементов привода генератора.

Определенное преимущество генераторов переменного тока проявляется, также, в том, что при необходимости получения высокого напряжения (например, для питания высоковольтных потребителей), достаточно использовать небольшой трансформатор. Увеличить напряжение постоянного тока таким способом не удастся. Несмотря на то, что в автомобильных бортовых сетях необходимость получения высокого напряжения возникает крайне редко, такую возможность нельзя сбрасывать со счетов.

Основные недостатки генератора переменного тока — необходимость выпрямления вырабатываемого им тока, а также некоторое рассеивание мощности в окружающих ротор и статор металлических деталях из-за возникновения вихревых и реактивных токов в переменном электромагнитном поле. Тем не менее, достоинства генераторов переменного тока с лихвой окупают отмеченные недостатки.

Первые автомобильные генераторы переменного тока были спроектированы для работы с отдельными селеновыми выпрямителями и вибрационными регуляторами напряжения. Селеновые выпрямители имели значительные размеры, и их приходилось размещать отдельно от генератора, в местах, где обеспечивалось хорошее охлаждение. Для присоединения такого выпрямителя к генератору требовалась дополнительная проводка.
Кроме того, селеновые выпрямители были недостаточно теплостойки, и допускали максимальную рабочую температуру не выше +80 ˚С.
По этим причинам в дальнейшем от селеновых выпрямителей отказались, и стали применять кремниевые диоды, которые были менее габаритны, обладали хорошей теплостойкостью, что позволяло размещать их непосредственно в генераторе.

На смену вибрационным регуляторам напряжения пришли сначала контактно-транзисторные, а затем бесконтактные на дискретных элементах и бесконтактные интегральные регуляторы.
Габаритные размеры интегральных регуляторов позволяют встраивать их в генератор, который совместно со встроенными регулятором и выпрямительным блоком называется генераторной установкой.

***

Принципиальное устройство генератора переменного тока

На рис. 1 представлена упрощенная схема генератора переменного тока, который состоит из двух основных частей: статора с неподвижной обмоткой, в которой индуцируется переменный ток, и ротора, создающего магнитное поле.

Полюсы ротора поочередно проходят мимо неподвижных катушек статора, размещенных на пазах с внутренней стороны корпуса генератора. При этом изменяется направление магнитного потока, а, следовательно, и направление индуцируемой в катушке ЭДС.

Обычно число полюсов магнита на роторе и число катушек в корпусе позволяет получить трехфазный ток. У трехфазных генераторов обмотки имеют одну общую точку, где соединяются их концы, поэтому такая схема соединения называется «звездой», а общая точка обмотки – нулевой точкой.

Вторые концы обмоток присоединяют к двухполупериодному выпрямителю. Магнитное поле ротора может создаваться постоянным магнитом или электромагнитом. В последнем случае к обмотке возбуждения электромагнита подводится постоянное напряжение.

Применение в роторе электромагнитов усложняет конструкцию генератора, так как необходимо подводить напряжение к вращающейся детали – ротору, но в этом случае возможно регулирование напряжения изменением частоты вращения ротора. Кроме того, магнитные свойства постоянных магнитов существенно зависят от их температуры.

Более подробно устройство и работа автомобильного генератора переменного тока приведены на следующей странице.

***



Бесконтактные генераторы с электромагнитным возбуждением

Для автомобильных генераторов надежность и срок службы определяются тремя факторами:

• качеством электрической изоляции;
• качеством подшипниковых узлов;
• надежностью токосъемных (щеточно-контактных) устройств.

Первые два фактора зависят от уровня развития смежных производств. Третий фактор может быть исключен путем использования бесконтактных генераторов, имеющих более высокую надежность и ресурс, чем контактные генераторы, использующие щеточно-контактные токосъемные устройства. Это стимулировало создание автомобильных бесконтактных генераторов переменного тока с электромагнитным возбуждением – индукторных генераторов и генераторов с укороченными полюсами.

К бесконтактным генераторам с электромагнитным возбуждением относятся индукторные генераторы и генераторы с укороченными клювами. Работает генератор следующим образом. Обмотка возбуждения, по которой протекает постоянный ток, создает в магнитной системе поток, который при вращении ротора изменяется по величине без изменения знака. Этот поток замыкается, проходя через воздушные зазоры между валом и элементами ротора, зубцы которого выполнены в виде звездочки, воздушный зазор между ротором и статором, магнитопровод статора и крышку генератора.

Изменение магнитного потока в якоре при вращении ротора происходит за счет изменения магнитного сопротивления воздушного зазора между зубцами статора и ротора.
Магнитный поток Ф у индукторных генераторов пульсирующий. Магнитный поток в воздушном зазоре периодически изменяется от Ф_mах, когда оси зубцов ротора и статора совпадают, до Ф_min, когда оси зубцов ротора и статора смещены на угол 180˚ электрических градусов. Таким образом, магнитный поток имеет среднюю постоянную и переменную составляющую с амплитудой

Ф_пер = 0,5 (Ф_mах — Ф_min)

3убец и впадина ротора (индуктора) генератора образуют пару полюсов, поэтому частота тока якоря в индукторе генератора может быть определена по формуле:

f = zn/60,

где z- число зубцов ротора.

В генераторах с укороченными полюсами бесконтактность достигается за счет неподвижного крепления обмотки возбуждения с помощью немагнитной обоймы. Полюсы клювообразной формы имеют длину меньше половины длины активной части ротора. В процессе вращения ротора магнитный поток возбуждения пересекает витки обмотки статора, индуцируя в них ЭДС.

Генераторы с укороченными полюсами просты по конструкции, технологичны. Роторы таких генераторов имеют малое рассеяние.
К недостаткам можно отнести несколько большую, чем у контактных генераторов, массу при той же мощности. Также следует отметить трудность крепления обмотки возбуждения и обеспечения жесткости и механической прочности ее крепления.

Применение на автомобилях существующих конструкций индукторных генераторов долго сдерживалось следующими трудностями:

• невысокие удельные показатели;
• повышенный уровень пульсации выпрямленного напряжения;
• повышенный уровень шума.

Дальнейшее совершенствование конструкции и устранение вышеперечисленных недостатков позволило использовать индукторные генераторы переменного тока на автомобилях.

Впервые бесщеточные генераторы с укороченными полюсами 45.3701 и 49.3701 были использованы на автомобилях марки «УАЗ».

***

Небольшой видеоролик позволит наглядно понять основные принципы работы и устройство автомобильного генератора переменного тока.

***

Устройство и работа генератора автомобиля ВАЗ



Классификация генераторов постоянного тока

Классификация генераторов постоянного тока производится по способу их возбуждения. Они подразделяются на генераторы с независимым возбуждением и самовозбуждением.

Генераторы первого типа выполняются с электромагнитным и магнитоэлектрическим возбуждением. В генераторах с электромагнитным возбуждением обмотка возбуждения, располагаемая на главных полюсах, подключается к независимому источнику питания (рис. 1, а). Ток в цепи возбуждения I_в может изменяться в широких пределах с помощью переменного резистора R_a. Мощность, потребляемая обмоткой возбуждения, невелика и в номинальном режиме составляет 1-5 % номинальной мощности якоря генератора. Обычно процентное значение мощности возбуждения уменьшается с возрастанием номинальной мощности машины.

Генераторы с магнитоэлектрическим возбуждением возбуждаются постоянными магнитами, из которых изготовляются полюсы машины. С таким видом возбуждения выполняются генераторы относительно небольшой мощности, которые применяются в специальных случаях. Недостатком генераторов с магнитоэлектрическим возбуждением является трудность регулирования напряжения.

У генераторов с самовозбуждением обмотка возбуждения получает питание от собственного якоря. В зависимости от способа ее включения генераторы с самовозбуждением подразделяются на генераторы с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением.

Схема соединения генератора параллельного возбуждения показана на рис. 1,б. Переменный резисторR_B дает возможность изменять ток возбуждения I_в и, следовательно, выходное напряжение. Ток якоря I_a у этого генератора равен I_a = I + I_в, где I — ток нагрузки. Ток возбуждения относительно мал и для номинального режима составляет 1-5 % номинального тока машины.

У генератора последовательного возбуждения обмотка возбуждения соединяется последовательно с якорем и ее ток возбуждения равен току якоря и току нагрузки: I_в = I_a =I (рис. 1, в).

У генераторов смешанного возбуждения (рис. 1, г) на полюсах размещаются две обмотки. Одна из них, имеющая большое число витков и выполненная из проводников относительно небольшого сечения, включается параллельно с якорем, а другая обмотка с малым числом витков из проводников большого сечения включается последовательно с якорем. Ток якоря такого генератора равен I_a = I + I_в.

У этих генераторов параллельная и последовательная обмотки могут быть включены согласно (МДС этих обмоток направлены одинаково) и встречно (их МДС направлены противоположно). В зависимости от этого различаются генераторы смешанного согласного включения и генераторы смешанного встречного включения. Обычно в генераторах смешанного возбуждения основная часть МДС возбуждения создается параллельной обмоткой. Генераторы параллельного, последовательного и смешанного возбуждения иногда называют соответственно генераторами шунтового, сериесного и компаундного возбуждения.

Согласно ГОСТ 183-74 для машин постоянного тока принято следующее обозначение выводов обмоток: обмотки якоря Я1-Я2, параллельной обмотки возбуждения Ш1-Ш2, последовательной обмотки возбуждения С1-С2, обмотки дополнительных полюсов Д1-Д2, компенсационной обмотки К1-К2. Цифра 1 обозначает начало, а 2 — конец обмотки.