Генераторные установки – часть 1
Лекция 5
1
Принципы работы и конструктивные схемы вентильных генераторов
Преобразование механической энергии, которую генератор получает от двигателя автомобиля, в электрическую происходит в соответствии с явлением электромагнитной индукции. Сущность явления заключается в следующем:
если с определенной скоростью менять магнитный поток, пронизывающий контур из токопроводящего материала, то на выводах контура появляется электродвижущая сила (ЭДС). Если
изменяющийся магнитный поток пронизывает катушку с
изолированными друг от друга нитками токопроводящего провода, то на выводах катушки возникает ЭДС, пропорциональная произведению числа витков на скорость изменения магнитного потока.
Наведение ЭДС в катушках автомобильных генераторов 
осуществляется при изменении магнитного потока:
- по величине и направлению, что характерно для щеточной конструкции вентильного генератора;
-только по величине, что характерно для бесщеточного
генератора, и частности индукторного.
Основные узлы генератора, в которых происходит преобразование механической энергии в электрическую, - магнитная система с
обмоткой
возбуждения и стальными участками магнитопровода, по
которым протекает магнитный поток Ф, и обмотка статора, в 
которой индуктируется ЭДС при изменении магнитного потока.
2
В щеточном вентильном генераторе магнитный поток создастся обмоткой возбуждения 4 (рис. 1) при протекании по ней электрического тока и системой полюсов 3. В автомобильных генераторах их, как правило, двенадцать.
Полюса с обмоткой возбуждения, кольца, через которые ток от щеток подводится к обмотке возбуждения, вал и другие конструктивные элементы образуют вращающийся ротор.
Рисунок 1 – Вентильный синхронный генератор: |
|
1 – магнитопровод; 2 – обмотка якоря; 3 – полюс ротора; 4 – обмотка |
|
возбуждения; 5 – щетки; 6 – выпрямитель |
3 |
Обмотка 2 (рис. 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. В каждой фазе имеется по шесть катушек, включенных последовательно. Если обмотка фазы образована из двух
параллельных ветвей, то в каждой ветви находится по шесть катушек. Обмотки фаз могут быть соединены между собой в звезду или треугольник (пятиугольник).
Рисунок 2 – |
генератора: |
|
1 – магнитопровод; 2 – обмотка; 3 – зубцы; 4 – пазовый клин |
4 |
|
Выводы фаз обмотки статора соединяются с выпрямителем 6 (см.
рис. 1). При вращении ротора напротив зубцов статора с
расположенными на них обмотками фаз оказываются то северный
N, то южный S полюсы ротора. Магнитный поток Ф,
пронизывающий обмотки статора, изменяется по величине и направлению, что по закону Фарадея достаточно для появления на
их выводах переменного электрического напряжения.
Частота f изменения напряжения связана с частотой np вращения
ротора и числом р пар полюсов ротора соотношением:
В
отечественных генераторах p
равно 6,
поэтому частота их переменного тока в 10 раз меньше частоты вращения ротора.
В обмотках фаз вырабатывается трехфазный ток, т.е.
напряжение и ток в них смещены относительно друг друга на 1/3
периода (120°).
Чем выше частота вращения ротора и больше величина магнитного потока, тем быстрее происходит его изменение внутри
катушек фаз статора и тем выше значения наводимого в них
напряжения.
5
6
Ротор генератора
Ротор автомобильного генератора состоит из двух полюсных
половин (рис. 3), выступы (клювы) которых образуют у одной
половины северную, а у другой – южную систему полюсов.
Клювообразная система полюсов характерна для автомобильных генераторов, выпускаемых во всем мире. При сборке южные полюса располагаются между северными, а обмотка возбуждения, надетая на стальную втулку, оказывается зажатой между полюсными половинами. Клювообразное исполнение ротора позволяет с помощью одной катушки образовать многополюсную систему.
7
Вентильный генератор с клювообразным
ротором
Вентильные генераторы с клювообразным ротором (рис. 4) представляют собой синхронную электрическую машину со встроенным полупроводниковым выпрямителем. Основные узлы и детали генератора – статор 4, ротор с клювообразнымн полюсами, втулкой 1 и сосредоточенной вращающейся обмоткой 2 возбуждения, крышки со стороны привода и контактных колец 7, щетки 6, шкив, вентилятор и выпрямительный блок.
Рисунок 4 – Вентильный генератор с клювообразным ротором: |
||
- втулка; 2 |
- обмотка возбуждения: 3 - клювообразные полюса; 4 |
– статор; |
5 |
- обмотка статора; 6 – щетка; 7 – контактные кольца |
8 |
|
|
|
Пакет статора набран из пластин электротехнической стали. В
пазах статора размещены катушки трехфазной (или с большим числом фаз) обмотки. Число пазов на полюс и фазу для вентильных
генераторов с клювообразным ротором вычисляется по формуле:
где 1– число пазов статора; 2р |
юсов генератора; m – число |
фаз генератора. |
|
Большие значения q позволяют удовлетворить высокие требования к
синусоидальности выходного напряжения и КПД. Статоры автомобильных
генераторов выполняют с малыми значениями . При меньших q можно
получить
высокотехнологичную и надежную в эксплуатации конструкцию
генератора
при малой ее стоимости.
Существенным недостатком генераторов, выполненных по схеме на рис.
1, является наличие контактного узла, состоящего из электрощеток и
колец. Пыль, грязь, топливо, масло и вода, попадая на контактный узел, быстро выводят его из строя. Специальная защита от загрязнения
кардинально не решает проблему и существенно усложняет конструкцию генератора. Поэтому более долговечными являются бесщеточные вентильные генераторы индукторного типа.
9
Индукторные генераторы
1 - обмотка возбуждения; 2 - магнитная система индуктора (втулка с
фланцем); 3 - вал; 4 – ротор; 5 - магнитопровод статора; 6 – крышки; 7 – обмотка статора;
8 – подшипник; а, b, с, АВС – соответственно начало и концы фаз
►Индукторный генератор представляет собой бесконтактную,
одноименно-полюсную электрическую машину переменного тока 
с
односторонним
электромагнитным возбуждением.
10