1463

ной цепи и обмотки возбуждения. Кроме того, обычно с целью улучшения формы кривой напряжения пазы ротора выполняют скошенными, что также уменьшает пульсацию полного потока, сцепленного с обмоткой возбуждения.

3.4.2.2. Разноименнополюсные генераторы

Геометрия активной части такого однофазного генератора при простейшей конфигурации зубцовой зоны изображена на рис. 3.4.6. В разноименнополюсном генераторе ротор при вращении перемагничивается, и поэтому он всегда выполняется шихтованным. Пакет статора обычно также выполняется шихтованным, хотя спинка статора может быть выполнена и массивной.

В пакете статора наряду с пазами, в которых размещается обмотка переменного тока, имеются пазы обычно большего размера, в которых размещаются катушки возбуждения. Дуга расточки статора, на которой расположены пазы с обмоткой переменного тока, должна быть равна целому числу зубцовых делений ротора. Если это условие не выполняется, то при вращении ротора поток, сцепленный с обмоткой возбуждения,

81

должен пульсировать. Эти пульсации будут демпфироваться замкнутым контуром обмотки возбуждения, что приведет к дополнительным потерям. Кроме того, у такого генератора несинусоидальная форма кривой напряжения и повышенная шумность.

Ток, проходящий по обмотке возбуждения, создает магнитный поток, направление которого на рис. 3.4.6 показано пунктиром. Принцип работы такого генератора на участке между двумя большими пазами тот же, что и у одноименнополюсного генератора; таким образом, участок дуги статора, заключенный между двумя большими пазами, соответствует отдельному пакету одноименнополюсного генератора.

У разноименнополюсных генераторов на участке между большими пазами могут быть те же модификации зубцовой зоны статора, что и у одноименнополюсных генераторов.

3.4.3. ГЕНЕРАТОРЫ С ПУЛЬСИРУЮЩИМ ПОТОКОМ ЗУБЦА РОТОРА

3.4.3.1. Разноименнополюсные генераторы

Пример конфигурации зубцовой зоны такого генератора с равными зубцовыми шагами на роторе и статоре показан на рис. 3.4.7. И в этом случае потокосцепление обмотки якоря зависит от положения ротора и при вращении последнего периодически изменяется по величине (без изменения знака), следовательно, в обмотке переменного тока будет наводиться электродвижущая сила. Потокосцепление обмотки возбуждения при вращении ротора практически не изменяется.

82

3.4.4. СРАВНЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ИСПОЛНЕНИЯ ИНДУКТОРНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

Выше были приведены только основные исполнения генераторов индукторного типа.

Рассмотрение принципа работы различных исполнений индукторных машин подтверждает, что в индукторном генераторе при холостом ходе магнитная индукция в любой точке поверхности расточки якоря всегда изменяется только по величине без изменения знака. Следствием этой определяющей особенности является худшее использование объема активной части по сравнению с обычными переменнополюсными синхронными генераторами.

На основании приведенных выше описаний активной части и принципа работы индукторных генераторов различного исполнения можно сделать следующие предварительные выводы.

1. Частота э. д. с, наведенной в обмотке якоря генератора, независимо от конфигурации зубцовой зоны, определяется только числом зубцов ротора и его скоростью вращения. Эти величины связаны соотношением

где f— частота, гц; Z2— число зубцов ротора; n — скорость вращения ротора, об/мин.

Таким образом, время поворота ротора на одно зубцовое деление для всех исполнений генераторов независимо от геометрии статора соответствует одному периоду наведенной э. д. с., поэтому угол, соответствующий зубцовому шагу ротора, удобно обозначать через 2π эл. рад или через двойное полюсное деление 2τ.

2. Потокосцепление обмотки якоря в большинстве исполнений изменяется только по величине, без изменения знака, хотя могут быть случаи, когда оно изменяется как по величине, так и по знаку, например, у генератора с пульсирующим потоком (рис. 3.4.8).

3. Для одноименнополюсного генератора характерны

83

следующие особенности:

а) наличие осевой намагничивающей силы (н. с.) возбуждения и соответствующего осевого магнитного потока;

б) наличие массивных участков в магнитной цепи: корпус

ивтулка ротора, а в некоторых случаях и сам ротор. Зубцовая зона статора должна быть выполнена обязательно из шихтованной стали, так как зубцы статора перемагничиваются по частичному циклу с основной частотой;

в) поведение одноименнополюсного генератора в неустановившемся режиме вследствие наличия массивных участков магнитной цепи должно отличаться от поведения разноименнополюсного генератора.

4.В разноименнополюсном генераторе, как правило, вся магнитная цепь выполняется шихтованной. Ротор должен быть шихтованным, так как при вращении он перемагничивается. Зубцовая зона статора, так же как и в случае одноименнополюсного генератора, должна быть выполнена из шихтованной стали. Массивным может быть только ярмо статора, но технологически проще выполнять зубцовую зону и ярмо статора как одно целое из шихтованной стали.

В разноименнополюсном генераторе вследствие наличия больших пазов на статоре необходимо выполнение некоторых специальных требований, предъявляемых к числу пазов ротора

иширине большого паза статора. Кроме того, многофазный разноименнополюсный генератор может иметь несимметрию по фазам из-за наличия больших пазов.

84

3.4.5.КОНСТРУКЦИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Типичным представителем генераторов переменного тока с контактными кольцами является генератор 37.3701 (рис. 3.4.11), устанавливаемый на автомобилях ВАЗ2108 и их модификациях. По габаритам, присоединительным и установочным размерам он взаимозаменяем с генераторами Г221 и Г222, но конструктивно от них отличен. Генератор имеет мощность 750 Вт и рассчитан на номинальное напряжение 14 В и номинальный ток 55 А. Ресурс не менее 125000 км пробега автомобиля, масса шкива 4,4 кг.

Передняя крышка 14 генератора выполнена в виде кольца с лапой, одевается на статор и соединяется с задней крышкой болтами, притягивая статор 6 к стальной крышке 2.

Максимальная мощность генератора – 1680 Вт, ресурс – 400000 км пробега для автомобиля и 16 тыс. моточасов для гусеничного тягача, масса – 14,3 кг.

Представителем семейства бесконтактных генераторов с укороченными полюсами является генератор 49.3701 (рис.

3.4.15).

Ротор генератора состоит из двух клювообразных полюсных половин 4, между которыми размещена втулка 1 с обмоткой возбужения 3. Полюсные половины и втулка напрессованы на рифлѐнный вал. Обмотка возбуждения крепится на алюминиевом каркасе 2, который закреплѐн в канавке посередине статора. Обмотка статора 5 трѐхфазная, соединѐнная звездой, размещена в равномерно распределѐнных по окружности 18 пазах.

Концы обмотки статора соединены со встроенным в генератор выпрямительным блоком 6 БПВ 4-60-02.

Выпрямительный блок БПВ 4-60-02 (рис. 3.4.16) имеет отрицательную сборную шину 1, в которую запресованы три

85

диода 2 типа Ва-20 обратной полярности, и положительную сборную шину 4, в которую запресованы три диода 3 того же типа, но прямой полярности.

По целому ряду причин автомобильные генераторы переменного тока являются наиболее преспективными для использования в ветроэнергетических установках. В частности они имеют простую конструкцию вторичной части, что делает их очень выгодными в стоимостном плане.

Несмотря на то, что индукторные генераторы, применяющиеся в автомобильной промышленности, имеют несколько ухудшенные массогабаритные показатели, они также могут конкурировать с другими типами электрических генераторов, при условии использования дугостаторной конструкции. Данное конструктивное решение позволит «встраивать» электрический генератор в состав ветроэнергетической установки, за счѐт размещения сегментных роторных элементов на лопастях ветроколеса горизонтального типа.

86

3.5. КОНСТРУКТОРСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНДУКТОРНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

3.5.1. ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Расчет генераторов индукторного типа, как и вообще расчет любой электрической машины, представляет собой задачу с большим числом неизвестных. Технические требования, которым должна удовлетворять проектируемая машина, а также прочие условия, с которыми должен считаться расчетчик, обычно недостаточны для определения единственного варианта. Поэтому процесс расчета новой электрической машины обычно распадается на два этапа: выбор типа генератора и размеров активной части и поверочный расчет.

При выборе типа генератора и размеров активной части расчетчик использует прежде всего свой опыт в данной области. Дать полную рекомендацию по выбору всех размеров активной части не представляется возможным. Это и нецелесообразно, так как при проектировании каждой конкретной машины почти всегда возникает ряд специфических требований, как, например, использование существующей технологической оснастки от других машин, унификация некоторых деталей и так далее, которые должны быть учтены. Можно дать только некоторые общие рекомендации по выбору основных размеров, определяющих объем активных материалов индукторной машины в зависимости от основных электромагнитных нагрузок, а также рекомендации по выбору электромагнитных нагрузок на основании опыта проектирования индукторных машин на повышенную частоту до 10000 гц.

При использовании приведенных ниже рекомендаций следует учитывать два обстоятельства. С одной стороны, небольшие отклонения от рекомендуемых величин электромагнитных нагрузок и объема активных материалов, как правило, мало сказываются на основных характеристиках проектируе-

87

мой машины. Это дает возможность обеспечить унификацию отдельных генераторов по геометрии активной части. С другой стороны, выбор электромагнитных нагрузок и объема активных материалов в соответствии с рекомендациями не гарантирует полностью того, что машина будет иметь необходимые основные характеристики. Выбор геометрии активной части машины в значительной степени зависит от искусства расчетчика, его умения правильно выбрать прежде всего нагрузки на каждом участке магнитной цепи, особенно при наличии каких-либо специальных режимов работы. Неправильный выбор геометрии активной части может привести к тому, что машина не обеспечит необходимых основных характеристик и даже не обеспечит необходимой мощности, несмотря на достаточный объем активной части.

При поверочном расчете машины предполагается, что известны все размеры, обмоточные данные и материалы активной части. Для поверочного расчета может быть разработана методика, позволяющая с необходимой точностью предопределить все необходимые характеристики. Если получающаяся в результате поверочного расчета та или иная характеристика не соответствует требованиям технического задания, необходимо изменить размеры активной части или обмоточные данные.

3.5.2. ВЫБОР ТИПА ГЕНЕРАТОРА

Дать критерий, однозначно определяющий для всех случаев преимущество того или другого типа генератора, не представляется возможным. Каждый тип генератора имеет присущие ему одному особенности, которые иногда могут быть решающими.

Индукторный генератор может быть выполнен при числе полюсов не менее четырех. Однако не число полюсов является определяющим при выборе типа генератора. Основным критерием для выбора типа генератора является ве-

88

личина полюсного деления.

На основании опыта проектирования индукторных машин установлено, что однофазный индукторный генератор имеет меньшие размеры активной части, чем обычный синхронный генератор с катушкой возбуждения на каждом полюсе при величине полюсного деления τ <35…45 мм, и меньшие размеры активной части по сравнению с генератором, имеющим когтеобразный индуктор, при τ<20…30 мм. Индукторный генератор с постоянным потоком целесообразно применять при 45…35> τ >4..8 мм. При полюсном делении меньше 4 -8 мм имеет преимущество индукторный генератор с пульсирующим потоком. В случае многофазных генераторов граница применения индукторных машин смещается в. сторону меньших полюсных делений (τ <25…35 мм при сопоставлении с генераторами, имеющими катушку возбуждения на каждом полюсе, и τ<15…25 мм при сопоставлении с генераторами, имеющими когтеобразный ротор).

Для наглядности области применения различных типов генераторов изображены на рис. 3.5.1.

На основании опыта проектирования индукторных машин установлено, что однофазный индукторный генератор имеет меньшие размеры активной части, чем обычный синхронный генератор с катушкой возбуждения на каждом полюсе при величине полюсного деления τ <35…45 мм, и меньшие размеры активной части по сравнению с генератором, имеющим когтеобразный индуктор, при τ<20…30 мм. Индукторный генератор с постоянным потоком целесообразно применять при 45…35> τ >4..8 мм. При полюсном делении меньше 4 -8 мм имеет преимущество индукторный генератор с пульсирующим потоком. В случае многофазных генераторов граница применения индукторных машин смещается в. сторону меньших полюсных делений (τ <25…35 мм при сопоставлении с генераторами, имеющими катушку возбуждения на каждом полюсе, и τ<15…25 мм при сопоставле-

89

нии с генераторами, имеющими когтеобразный ротор). Граница применения индукторных машин с пульсирующим потоком в случае многофазных генераторов смещается в сторону больших полюсных делений (τ >8…12 мм). Для наглядности области применения различных типов генераторов изображены на рис. 3.5.1.

Указанные границы применения генераторов не являются настолько четкими, чтобы однозначно решить вопрос выбора типа генератора. Иногда решающими могут быть такие соображения, как обеспечение высокой эксплуатационной надежности, особые требования к характеристикам, конструк- тивно-технологические особенности и тому подобное, вследствие чего приходится отходить от указанных рекомендаций.

При выборе типа генератора необходимо также учитывать, что разноименнополюсный генератор проще и дешевле в производстве, так как он имеет один пакет якоря и индуктора. Кроме того, он обладает некоторыми преимуществами по сравнению с одноименнополюсным генератором благодаря отсутствию осевого магнитного потока.

Наличие осевого потока в одноименнополюсном генераторе может привести к следующим недостаткам. Однокорпусное исполнение с приводным двигателем или вообще магнитная несимметрия относительно катушки возбуждения двухпакетного одноименнополюсного генератора приводят к разным потокам в пакетах генератора. Вследствие этого создаются разные напряжения на обмотках якоря, расположенных на разных пакетах, что при насыщенной магнитной цепи генератора приведет к уменьшению суммарного напряжения обеих обмоток при их последовательном соединении и к уравнительным токам, дополнительно нагружающим генератор, при параллельном соединении. Выполнение одноименнополюсного генератора с одним пакетом (рис. 3.4.3) исключает этот недостаток, однако требует изготовления одного подшипникового щита из материала с хорошей магнитной проницаемостью.

При однокорпусном исполнении одноименнополюсного генератора с приводным двигателем осевой магнитный поток

90