Генераторы Генератор постоянного тока Устройство генератора постоянного тока Электрическое подключение генератора постоянного тока
Первыми автомобильными генераторами были генераторы постоянного тока. Выпрямление тока достигалось в них конструктивно с помощью определенного расположения полюсных наконечников. Полюсные наконечники вместе со щеточным узлом называют коммутатором. Изменение направления тока обусловлено сменой направления магнитного поля. Вместе с тем, благодаря чередованию разных полюсов в коммутаторе (плюса и минуса), ток оставался постоянным и заряжал АКБ. В настоящее время генераторы постоянного тока не применяются. Вместо них устанавливаются генераторы переменного тока. Преимуществом последних служит высокая надежность и мощность.
Генератор переменного тока Принцип работы генератора переменного тока
Когда проводник вращается в магнитном поле, образуется электрическое напряжение, имеющее синусоидальную форму сигнала. Оно постоянно меняет свое значение и периодически направление. Три обмотки генератора переменного тока расположены вокруг ротора под углом 120 градусов относительно друг друга. Такое расположение обеспечивает формирование трех сигналов напряжения за один оборот ротора. Обмотки могут быть соединены между собой двумя способами: «звездой»/«Y» или «треугольником».
Типы генераторов переменного тока
Генератор переменного тока с клювообразным ротором (вентильный)
1 – статор; 2 – обмотка статора; 3, 10 – крышка; 4 – шкив; 5, 11 – шарикоподшипники; 6 – крыльчатка; 7 – выпрямительный блок; 8 – обмотка возбуждения; 9 – клювообразный полюс ротора; 12 – щетка; 13 – контактные кольца; 14 – щеткодержатель; 15 - втулка
Генератор имеет следующие основные конструктивные элементы: неподвижный статор 1, набранный из пластин электротехнической стали; обмотку статора 2; вращающийся ротор с клювообразными полюсами 9 и расположенную между ними втулку 15; обмотку возбуждения 8, выводы которой припаяны к двум изолированным от вала и друг от друга медным контактным кольцам 13; крышку со стороны привода 3 и крышку со стороны контактных колец 10, выполненные из алюминиевого сплава, в которых установлены шарикоподшипники 5 и 11 с двусторонним резиновым уплотнителем и одноразовой закладкой смазки на весь срок службы. Крышки имеют вентиляционные отверстия и крепежные лапы для крепления генератора на двигателе.
В крышке со стороны контактных колец установлен пластмассовый щеткодержатель 14 с двумя прямоугольными медно-графитовыми щетками 12 и выпрямительный блок 7. При помощи крыльчатки 6 создается протяжная вентиляция для охлаждения генератора. Привод генератора осуществляется при помощи шкива 4.
В щеточном вентильном генераторе магнитный поток создается обмоткой возбуждения 4 при протекании по ней электрического тока.
Обмотка 2, в которой вырабатывается электрический ток, уложена в пазы неподвижного магнитопровода 1 и вместе с ним представляет собой статор. Обмотка 2 статора состоит из трех независимых обмоток фаз.
Недостатком таких генераторов является наличие щеточноколлекторного узла (требует обслуживания).
Генератор переменного тока индукторного типа
Индукторный генератор представляет собой бесконтактную, одноименно-полюсную электрическую машину переменного тока с односторонним электромагнитным возбуждением. Стальная звездочка ротора 4 вращается вместе с валом 3, который проходит внутри подвижной втулки 2. На втулке закреплена обмотка 1 возбуждения, а на зубцах статора - обмотка 7 статора. При прохождении постоянного тока через обмотку возбуждения в магнитной цепи генератора возникает магнитный поток, силовые линии которого показаны пунктирной линией. Магнитный поток замыкается через воздушный зазор между втулкой и валом 3, звездочку ротора, рабочий зазор между ротором и статором, пакет статора, крышку 6 со стороны катушки возбуждения и толстостенную шайбу или фланец втулки.
Недостатки таких генераторов: малая мощность, высокая шумность (поскольку магнитный поток имеет постоянную и переменную составляющие. Постоянная составляющая в наведении ЭДС в катушках статора не участвует и ухудшает использование материалов генератора. ЭДС в катушках наводит только переменная составляющая магнитного потока)
Ротор
Статор
Выпрямитель
Контактное кольцо
Обмотка статора
Нагрузка
Регулятор
Щетка
Постоянный ток
Переменный ток
Устройство генератора и схема его работы
В настоящее время применяется трехфазный генератор со встроенным выпрямителем, состоящим из 6 диодов. Подробнее рассмотрим его во второй части учебного пособия. Поскольку шкив генератора приводится во вращение от шкива коленчатого вала, магнит ротора поворачивается вокруг трехфазной обмотки неподвижного статора. Обычно фазные обмотки соединены в звезду. Магнит ротора представляет собой электромагнит. В конструкции генераторов предусмотрена регулировка силы тока возбуждения (магнитного потока), поэтому выходное напряжение не зависит от частоты вращения ротора. Обмотка возбуждения ротора (обмотка электромагнита) подключается к АКБ, поэтому для получения высокой выходной мощности требуется небольшой электрический ток возбуждения. Ток к обмотке возбуждения ротора подводится через угольные щетки, прижатые к двум медным контактным кольцам, установленным на валу. Щетки постоянно прижаты к кольцам ротора пружинами. Большинство современных генераторов имеют встроенный регулятор напряжения, который автоматически подключает и отключает обмотку возбуждения к АКБ, тем самым регулируя выходное напряжение генератора. В ходе изучения генератора цепь регулятора, если она в нем есть, будет бесполезна и поэтому только усложнит суть понимания его работы. Поэтому ее можно «удалить», оставив доступ к контактам щеток. Это позволит подвести к обмотке возбуждения ток от источника питания, когда генератор будет собран. Некоторые генераторы оснащаются шкивами, установленными на обгонной муфте, которая позволяет снизить вибрации от приводного ремня. Эти вибрации обусловлены тем, что двигатель внутреннего сгорания не имеет постоянной частоты вращения, пульсации которой связаны со сгоранием топливовоздушной смеси в цилиндрах.