Генераторные установки
– часть 2
Лекция 6
1
Выпрямление переменного тока
Переменный ток вентильных генераторов выпрямляется кремниевыми полупроводниковыми диодами. Диоды имеют два вывода и пропускают ток только от анодного вывода к катодному,
когда к аноду подведен положительный потенциал. В противоположном направлении диоды тока не пропускают, если обратное напряжение не превышает допустимого значения.
В выпрямителях генераторов устанавливают диоды прямой и обратной полярностей. У диода прямой полярности с корпусом соединен катод, а у диода обратной полярности – анод. В зависимости от числа фаз генератора применяют трех- и пятифазные выпрямители.
По форме выпрямленного напряжения различают одно- и
двухполупериодные выпрямители.
Применение генераторов многофазного исполнения, например пятифазного, в работе выпрямителя ничего не меняет. Выпрямитель в этом случае содержит 10 диодов, и пульсации
выпрямленного напряжения снижаются по сравнению с трехфазной системой.
В вентильном генераторе диоды выпрямителя не проводят ток от аккумуляторной батареи к обмотке статора, в связи с чем отсутствует необходимость в реле обратного тока. Это значительно упрощает схему генераторной установки.
2
В обмотку возбуждения может подаваться ток аккумуляторной батареи. Поэтому возможен разряд батареи на обмотку при длительной стоянке автомобиля. Однако присоединение обмотки возбуждения к дополнительному выпрямителю также имеет негативную сторону, связанную с самовозбуждением генератора.
Самовозбуждение генератора происходит при выполнении ряда условий:
- наличие в генераторе остаточного магнитного потока при отсутствии тока возбуждения;
- достаточно низкое сопротивление цепи возбуждения. Если эти условия не выполняются, напряжение
генератором в рабочем диапазоне частот вращения ротора не создается.
3
Характеристики вентильных генераторов
У вентильных генераторов есть некоторые особенности, влияющие на их характеристики:
- выпрямление переменного тока; - подбор обмоточных данных, обеспечивающих
номинальное напряжение при минимальной частоте вращения ротора, соответствующей режиму холостого хода автомобильного двигателя;
- самоограничение силы отдаваемого тока. Основные параметры вентильного генератора:
- напряжение U,
- частота вращения ротора n
- мощность Р (или сила тока, отдаваемого генератором при заданном напряжении).
Зависимость выпрямленного напряжения Ud от силы тока возбуждения Iв при отключенной нагрузке и постоянной частоте вращения ротора n называют характеристикой холостого хода (рис. 9). В режиме холостого хода выпрямленное напряжение равно ЭДС Ed. Характеристики холостого хода вентильных генераторов получают при независимом возбуждении.
4
Рисунок 9 – Характеристики холостого хода вентильного генератора:
5
Внешние характеристики вентильных генераторов представляют собой зависимости выпрямленного напряжения Ud (рис. 10) от силы тока нагрузки Id при постоянных частоте вращения ротора, напряжении на выводах обмотки возбуждения и ее сопротивлении. При увеличении нагрузки выпрямленное напряжение падает под действием реакции и коря, в результате уменьшения напряжения в цепи статора (якоря) и в выпрямителе, прячем падение напряжения в обмотках статора значительно и зависит от частоты вращения ротора.
Внешние характеристики вентильных
генераторов определяются при самовозбуждении и независимом возбуждении.
Снижение напряжения при увеличении
нагрузки происходит не только на активном, но и на индуктивном сопротивлениях обмоток статора. В случае самовозбуждения
вентильного генератора падает напряжение на
самой обмотке возбуждения. Размагничивающее действие реакции якоря
уменьшает магнитный поток в рабочем
воздушном зазоре между ротором и статором.
По семейству внешних характеристик
определяется максимальная сила тока ,
которая создается при заданном или регулируемом значении напряжения.
Рисунок 10 – Внешние
характеристики вентильных генераторов:
Idp, Idmax - соответственно расчетное и максимальное значения силы тока нагрузки
6
Скоростная регулировочная
характеристика
Скоростная регулировочная характеристика (рис. 11, а)
вентильного генератора представляет собой зависимость силы тока возбуждения Iв от частоты вращения ротора при постоянном напряжении вентильного генератора. Обычно она
определяется при нескольких значениях силы тока нагрузки.
Uí
Рисунок 11 – Зависимости напряжения генератора и силы тока возбуждения:
а – от частоты ротора; б – от силы тока нагрузки;
7
Минимальная сила тока возбуждения определяется при силе тока нагрузки, равной нулю, и максимальной частоте вращения ротора вентилятора генератора. Скоростные регулировочные характеристики позволяют определить диапазон изменения силы тока возбуждения от изменения нагрузки при постоянном напряжении.
При увеличении частоты вращения ротора n вентильного генератора сила тока Iв возбуждения должна уменьшаться (рис. 11, а), а при увеличении силы тока нагрузки – возрастать (рис. 11, б).
Напряжение генератора необходимо поддерживать постоянным в диапазоне частот вращения ротора от no до nmax, при этом сила тока возбуждения будет изменяться от максимального до минимального значения. Кратность регулирования по частоте вращения ротора для автомобильных генераторов составляет 6 – 8, а скорость регулирования по току возбуждения равна 15 – 20.
Кратность регулирования по силе тока возбуждения больше, чем кратность регулирования по частоте вращения ротора. Это происходит потому, что характеристика намагничивания вентильного генератора имеет нелинейный характер. Обычно у вентильных генераторов возникает глубокое насыщение магнитной цепи. Наибольшая кратность регулирования по току возбуждения возможна в режиме холостого хода.
В связи с непрерывным изменением режима движения автомобиля и, следовательно, частоты вращения ротора и нагрузки вентильного генератора важной является токоскоростная характеристика – зависимость силы тока Id, которую вентильный генератор может отдавать потребителям при заданном напряжении, от частоты вращения ротора (рис. 12).
8
Токоскоростная характеристика
В связи с непрерывным изменением режима движения автомобиля и, следовательно, частоты вращения ротора и нагрузки вентильного
генератора важной является токоскоростная характеристика –
зависимость силы тока Id, которую вентильный генератор может отдавать потребителям при заданном напряжении, от частоты вращения ротора (рис. 12).
Токоскоростная характеристика снимается при Ud=const и Id= const. Контрольными являются значения начальной частоты no отдачи генератора, расчетная частота вращения ротора n и соответствующая ей расчетная сила тока Idp и максимальная сила Idmax при nmax. Расчетные частоты вращения ротора np и сила тока Idp определяются в точке касания токоскоростной характеристики 1 и прямой 2, проведенной из начала
координат. Этой точке соответствует максимальное значение отношения
расчетной мощности Pdp к расчетной частоте вращения ротора np (режим максимального нагрева вентильного генератора).
Рисунок 12 – Токоскоростная характеристика
9
•Все современные автомобильные генераторы обладают свойством самоограничения силы максимального тока. В большом диапазоне частот
вращения ротора сила тока возрастает медленно, а при максимальной
частоте вращения ротора не превышает заданного максимального
значения. Это связано с тем, что с ростом частоты вращения ротора генератора, а следовательно, с ростом частоты индуктируемого в обмотке статора тока повышается индуктивное сопротивление обмотки, поэтому сила тока увеличивается медленнее, асимптотически стремясь к некоторому предельному значению.
•К параметрам вентильного генератора также относятся номинальные мощность и сила вырабатываемого тока при частоте вращения ротора 6000 мин-1.
•Вентильный генератор проектируется таким образом, чтобы нагрев
его обмоток, подшипников и полупроводниковых элементов при номинальной силе тока (номинальной мощности) был бы не опасен. Узлы
генератора нагреваются больше при силе тока, составляющей примерно
2/3 номинального значения. Это объясняется тем, что с увеличением
частоты вращения ротора одновременно возрастает интенсивность охлаждения вентильного генератора вентилятором, расположенным на его валу.
•Самоограничение силы тока проявляется в меньшей степени при
увеличении значения no. С уменьшением значений no, np и ростом
значения Idmax улучшаются условия обеспечения положительного зарядного баланса на автомобиле, однако при этом увеличиваются масса и габаритные размеры генератора.
•Благодаря самоограничению силы тока в системах электроснабжения
с вентильными генераторами отсутствует необходимость применять ограничители силы тока.
10