ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МАМИ»
Е.Э. Пахомова, В.Н.Гришина, И.М. Воронов
Генераторные установки автомобилей и тракторов
Методические указания к лабораторным работам № 3,4,5 по курсу «Электрооборудование автомобилей и тракторов» для студентов, обучающихся по специальностям 14050165, 14050365, 14060765, 19020165, 19060365 и направлениям 14050062, 14060062, 19010062
Одобрено методической комиссией по специальности
«Электрооборудование автомобилей и тракторов»
1-е издание
Москва
2009
Разработано в соответствии с Государственным образовательным стандартом ВПО 2000 г. для направления подготовки дипломированного специалиста 654500 (140600.65)- Электротехника,электромеханика и электротехнологии и специальности 180800 (140607.65)-Электрооборудование автомобилей и тракторов на основе примерной (рабочей) программы дисциплины «Электрооборудование автомобилей и тракторов»
Рецензенты: профессор кафедры «Автотракторное электрооборудование» МГТУ «МАМИ» А.В.Акимов
доцент кафедры «Автотракторное электрооборудование» МГТУ «МАМИ» А.Ф. Мельников
Работа подготовлена на кафедре «Автотракторное электрооборудование»
Генераторные установки автомобилей и тракторов: методические указания / Е.Э. Пахомова, В.Н.Гришина, И.М. Воронов. – 1-е изд. – М. :
МГТУ «МАМИ», 2009. – 25с.
В методических указаниях рассматриваются особенности конструкции и принцип действия вентильных и индукторных генераторов автомобилей и тракторов, также рассматривается принципиальная схема регулирования напряжения генераторов при помощи регулятора напряжения и устройство безконтакного транзисторного регулятора напряжения.
© Е.Э. Пахомова, В.Н.Гришина,
И.М. Воронов, 2009
© МГТУ «МАМИ», 2009
2
Содержание
3
3 3
Лабораторная работа №3 3
Устройство автомобильного вентильного генератора с клювообразным ротором. 3
Лабораторная работа № 4 14
Устройство вентильного генератора индукторного типа. 14
Лабораторная работа № 5 18
Устройство бесконтактного транзисторного регулятора напряжения. 18
25 24
Список литературы 24
3
Лабораторная работа №3 Устройство автомобильного вентильного генератора с клювообразным ротором.
1.Цель работы.
Изучение устройства и принципа работа автомобильного вентильного генератора с клювообразным ротором.
2.Краткие сведения.
Генератор предназначен, в основном, для обеспечения питанием электропотребителей, входящих в систему электрооборудования, и заряда аккумуляторной батареи при работающем двигателе автомобиля. Напряжение в бортовой сети автомобиля, питаемого генератором, должно быть стабильно в широком диапазоне изменения частоты вращения и нагрузок.
Преобразование механической энергии , которую автомобильный генератор получает от двигателя внутреннего сгорания, через ременную передачу, в электрическую происходит в соответствии с явлением электромагнитной индукции. Суть явления состоит в том , что если изменять магнитный поток пронизывающий катушку, витки которой выполнены из проводящего материала, например медного провода , то на выводах катушки появляется электрическое напряжение, равное произведению числа ее витков на скорость изменения магнитного потока. Совокупность таких катушек образует в генераторе обмотку статора. Возможны два варианта изменения магнитного потока: по величине и направлению, что обеспечивается щеточной конструкцией вентильного генератора или только по величине, что характерно для индукторного бесщеточного генератора. Для образования магнитного потока достаточно пропустить через катушку электрический ток. Эта катушка называется обмоткой возбуждения. Стальная полюсная система подводит магнитный поток к катушкам обмотки статора, в которых наводится переменное напряжение. Эти катушки помещены в пазы стального магнитопровода (пакета железа) статора. Обмотка статора с его магнитопроводом образует статор генератора, его неподвижную часть, а обмотка возбуждения с полюсной системой, валом, контактными кольцами - ротор, вращающую часть генератора.
На рисунке 1 показана магнитная система генератора(продольный и поперечный разрезы). Силовые линии магнитного потока показаны пунктирными линиями, а направление потока -стрелками.
4
При работе генератора напротив катушек обмотки статора устанавливается то южный то северный полюс ротора, при этом направление магнитного потока, пронизывающего катушку, изменяется, что и вызывает в ней появление переменного напряжения. Частота этого напряжения f зависит от частоты вращения ротора n и числа пар полюсов генератора:
ƒ=p·n/60;
У всех автомобильных генераторов отечественного производства шесть пар полюсов, при этом частота переменного тока в обмотке статора, выраженная в Гц, меньше частоты вращения ротора генератора, измеряемой в мин-1, в 10 раз.С учетом передаточного числа ременной передачи i от двигателя к генератору, частота переменного тока, выраженная через частоту вращения коленчатого вала двигателя nдв определяется соотношением:
Рисунок 1. Магнитная система генератора:
1 – втулка; 2 – обмотка возбуждения; 3 – клювообразные полюсные наконечники; 4 – пакет статора; 5 – обмотка статора; 6 – щетки; 7 – контактные кольца; 8 – изоляционная втулка; 9 – вал.
ƒ =0,1 nдв ∙ i;
Обмотка статора трехфазная. Она состоит из трех обмоток, которые называют просто фазами, токи и напряжения в которых смещены на 120 электрических градусов, как показано на рисунке 2.
5
Рисунок 2. График фазных напряжений и выпрямленного напряжения генератора.
Фазы могут соединяться в «звезду» или «треугольник». При этом различают фазные и линейные напряжения и токи. Фазные напряжения действуют между выводами обмоток фаз, а фазные токи протекают в этих обмотках, линейные напряжения действуют между проводами, соединяющими обмотку статора с выпрямителем. В этих проводах протекают линейные токи. Поэтому выпрямитель выпрямляет линейные величины.
При соединении в «треугольник» фазные токи в √3 раза меньше линейных, а у «звезды» линейные и фазные токи равны. Поэтому, при том же отдаваемом генератором токе, ток в обмотках фаз при соединении в «треугольник» значительно меньше, чем у «звезды». Поэтому в генераторах большой мощности часто применяют соединения в «треугольник», так как при меньших токах обмотки можно наматывать более тонким проводом, что технологичнее. Однако линейное напряжение у «звезды» в √3 раз больше фазного. А у «треугольника» они равны. Поэтому, для получения такого же выходного напряжения при тех же частотах вращения ротора «треугольник» требует увеличения числа витков его фаз по сравнению со «звездой».
По своему конструктивному исполнению генераторы можно разделить на две группы: традиционной конструкции с вентилятором у приводного шкива и компактной конструкции с двумя вентиляторами во внутренней полости. В отдельную группу выделяются генераторы с жидкостным охлаждением.
Генератор содержит статор с обмоткой, зажатой между двумя крышками- передней , со стороны привода, и задней, со стороны контактных колец. Крышки отлитые из алюминиевых сплавов, имеют вентиляционные окна, через которые вентилятор продувает воздух сквозь генератор.
6
Генераторы традиционной конструкции снабжены вентиляционными окнами только в торцевой части, компактной конструкции еще и в цилиндрической части крышек.
На крышке со стороны контактных колец крепится щеточный узел, который часто объединен с регулятором напряжения, и выпрямительный узел. Крышки стянуты между собой тремя или четырьмя винтами, так что статор оказывается зажат между крышками.
Крепежные лапы и нятяжное ухо генератора отливаются заодно с крышками. Если крепление двухлапое, то обе крышки имеют лапы, если однолапое-только передняя.
Статор генератора (рис.3) набирается из стальных листов толщиной 0,8…1мм, но чаще выполняется набивкой «на ребро».
При таком исполнении меньше отходов при обработки и выше технологичность.
Скрепления между собой отдельных листов пакета статора в монолитную конструкцию осуществляется сваркой или заклепками.
Генераторы устаревших конструкций имели 18 пазов на статоре под размещение обмотки, в настоящее время все генераторы массовых выпусков имеют 36 пазов.Пазы изолированы пленкоэлектрокартоном, полиэтилентерефталатной пленкой или напылением эпоксидного компаунда.Обмотки выполняются проводами ПЭТ-200, ПЭТД-180, ПЭТВМ,ПЭСВ-3 и др. В пазах статора располагается обмотка, выполняемая по следующим схемам: петлевая распределенная, волновая сосредоточенная, волновая распределенная. Особенностью автомобильных генераторов является полюсная система ротора (рис.4). Она содержит две полюсные половины с выступами-полюсами клювообразной формы по шесть на каждой половине. Полюсные половины выполняются штампованными и могут иметь выступы-полувтулки.
В случае отсутствия выступов при напрессовке на вал между полюсными половинами устанавливается втулка с обмоткой возбуждения, намотанной на каркас.
Обмотка возбуждения в сборе с ротором пропитывается лаком. Клювы полюсов по краям обычно имеют скосы с одной или двух сторон для уменьшения магнитного шума генератора. В некоторых конструкциях для той же цели под острыми концами клювов размещается антишумовое магнитное 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 контактные кольца. Выполненные чаще всего из меди с опрессовкой их пластмассой.
7
Рисунок 3. Статор генератора.
Рисунок 4. Ротор генератора: полюсная система с обмоткой возбуждения.
Также встречаются кольца из латуни или нержавеющей стали, что снижает износ и окисление, особенно во влажной среде.
К кольцам припаиваются или привариваются выводы обмотки возбуждения. Щеточные узлы - это пластмассовая конструкция, в которой устанавливаются щетки. В автомобильных генераторах применяют щетки двух типов - меднографитные и электрографитные.
8
В отечественных генераторах применяют электрографитные щетки ЭГ51А размером5×8×18(генераторы Г222, 37.3701 и др.) и меднографитные М1 размером 6×6.5×13мм (генераторы 16.3701,58.3701 и др.). Электрографитные щетки имеют повышенное падение напряжения в контакте с кольцами, что неблагоприятно сказывается на выходные характеристики генератора, однако они обеспечивают значительно меньший износ контактных колец. Щетки прижимаются к кольцам усилием пружин. Обычно щетки устанавливаются по радиусу контактных колец.
Выпрямительные узлы применяются двух типов: либо это пластины-теплоотводы, в которые запрессованы или к которым припаиваются диоды (стабилитроны) силового выпрямителя или на которых распаивают или герметизируют кремневые переходы этих диодов, либо конструкции с сильно развитым оребрением, в которых диоды, обычно таблеточного типа, припаивают к теплоотводам. Диоды дополнительного выпрямителя имеют обычно пластмассовый корпус цилиндрической формы или в виде горошины.
Рисунок 5. Выпрямительный блок БПВ11-60:
1 – дополнительный выпрямитель; 2 – силовой выпрямитель; 3 – крышка генератора; 4 – диод Д104-20Х; 5 – теплоотвод, не изолированный от массы; 6 – вывод обмотки статора генератора; 7 – болт крепления блока; 8 – монтажная шина; 9 – диод Д104-20; 10 – теплоотвод, изолированный от массы.
9
На рис.5 представлен выпрямительный блок БПВ11-60. Он представляет собой две алюминиевые пластины-теплоотводы, соединенные между собой в монолитную конструкцию через изоляционные втулки заклепками. Один теплоотвод соединен с массой генератора, другой изолирован от нее и соединен с выводом «+» генератора.
Выпрямители блоков собраны по мостовой схеме и содержат обычно 6 диодов, запрессованных в теплоотводы. В блоке имеется дополнительный выпрямитель обмотки возбуждения, который выполняется на маломощных диодах КД223А, имеющих пластмассовый цилиндрический корпус диаметром 6,2 мм и длинной 9,65 мм и проволочные выводы. Диоды размещаются в пластмассовой подковке, обрамляющей конструкцию блоков. Во всех блоках БПВ используются силовые диоды типа Д 104-20 и Д 104-20Х. Диоды эти конструктивно аналогичны, но у диода Д104-20Х на корпусе расположен катод, а у диода Д104-20-анод. Диоды Д104-20 запрессованы в изолированный от массы теплоотвод, соединенный с выводом «+» генератора. Каждая группа содержит число диодов, равное числу фаз, т.е. для трехфазной схемы по 3 диода. К выпрямителю подведены выводы фазных обмоток статора.
Подшипниковые узлы генераторов – это радиальные шариковые подшипники со встроенными в подшипник уплотнителями и одноразовой закладкой смазки.
Привод генераторов осуществляется клиновым ремнем через шкив, установленный на валу ротора. Качество обеспечения питанием потребителей, в том числе зарядка аккумуляторной батареи, зависит от передаточного числа ременной передачи, равном отношению диаметров ручьев приводного шкива коленчатого вала двигателя и шкива генератора. Чем больше это число, тем больший ток может отдавать потребителям генератор. Но при больших передаточных числах происходит ускоренный износ ремня. Поэтому для клиновидных ремней передаточные числа лежат в пределах 1,8…2,5.
Более высокое передаточное число – до 3,5 возможно для поликлиновых передаточных ремней, которые используются в генераторах компактной конструкции. Столь высокое передаточное число возможно потому, что поликлиновые ремни допускают применение на генераторах приводных шкивов малых диаметров и меньший угол охвата шкива ремнем.
Воздушное охлаждение генератора осуществляется одним или двумя вентиляторами, закрепленными на его валу.
10
При этом у генераторов традиционной конструкции воздух забирается центробежным вентилятором в отверстия крышки со стороны контактных колец. У генераторов компактной конструкции охлаждающий воздух забирается со стороны задней и передней крышек двумя расположенными по торцам ротора центробежными вентиляторами.
3.Учебные пособия, приспособления, инструменты.
3.1.Генераторы в сборе, разрезные образцы, щиты с деталями и плакаты.
3.2.Приспособления и инструменты, необходимые для разборки и сборки генератора.
4.Порядок проведения работы.
4.1.Разобрать генератор.
4.2.Ознакомиться с устройством отдельных деталей и узлов генератора.
4.3.Вычертить электрическую схему соединения обмоток статора, возбуждения и диодов выпрямителей и обозначить выводы генератора.
4.4.Вычертить эскиз магнитной системы генератора (продольный и поперечный разрезы) и разместить обмотки.
4.5.Определить количество пазов пакета статора, количество катушек обмотке статора, число катушек в фазе, дать эскиз паза.
4.6.Вычертить эскиз устройства выпрямителя.
4.7.Вычертить эскиз устройства щеточно-контактного узла.
4.8.Вычертить эскиз системы вентиляции.
4.9.Вычертить эскиз установки (крепления) генератора на двигателе.
4.10. Нарисовать схему обмоток статора.
4.11.Собрать генератор. Сборка генератора производиться в последовательности обратной процессу разборки генератора.
5.Содержание отчета.
5.1.Описание принципа работы вентильного генератора с приведением электрической схемы вентильного генератора (схема включения обмоток генератора и диодов выпрямителя)
5.2.Краткое описание устройства клювообразного вентильного генератора.
5.3.Эскизы магнитной цепи генератора (продольной и поперечной) с указанием пути основного магнитного потока.
5.4.Эскиз щеточно-контактного узла.
5.5. Эскиз выпрямительного блока.
11
5.6.Эскиз охлаждения генератора с указанием типа исполнения рассматриваемого генератора по способу охлаждения.
6.Контрольные вопросы.
6.1.Принципы работы вентильного генератора с клювообразным ротором.
6.2.Как устроен статор генератора?
6.3.Как устроен ротор генератора?
6.4.Каково назначение и устройство щеточно-контактного узла?
6.5.Каково назначения и устройство выпрямительного блока?
6.6.Как осуществляется охлаждения генератора?
12
Рисунок 6. Генератор Г250:
1 – обмотка статора; 2 – пакет статора; 3 – полюсный наконечник; 4 – обмотка возбуждения; 5 – втулка; 6 – вал; 7 – передняя крышка; 8 – вентилятор; 9 – шкив;10 – подшипник передний; 11 – стакан; 12 – разрезное кольцо; 13 – шпонка; 14 – гайка; 15 – втулка; 16 крышка подшипника; 17 – винт; 18 – задняя крышка; 19 – положительный теплоотвод выпрямителя;20 – отрицательный теплоотвод выпрямителя; 21 – вентиль обратной полярности; 22 – изоляционная втулка; 23 – вывод переменного тока выпрямителя; 24 – винт; 25 – подшипник задний; 26 – крышка подшипника; 27 – гайка; 28 – контактные кольца; 29, 30 – щетки; 31 – щеткодержатель; 32 – вывод «Ш»; 33 – винт щеткодержателя; 34 – каркас.
13
Рисунок 7. Принципиальная электрическая схема генератора:
1,2,3 – обмотки трех фаз статора; 4 – диоды силового выпрямителя; 5 – диоды выпрямителя обмотки возбуждения; 6 – обмотка возбуждения; 7 – регулятор напряжения; 8 – аккумуляторная батарея; 9 – нагрузка; Uф – напряжение в обмотках фаз; Uл – линейное напряжение; Ud – выпрямленное напряжение.
14