4.1.3 Регулятор напряжения генератора

Напряжение, вырабатываемое генератором, зависит от трех параметров:

- частоты вращения ротора n_р;

- силы тока нагрузки I_н;

- магнитного потока Ф генератора.

Чем больше частота вращения ротора генератора, тем выше его напряжение, и чем больше нагрузка (больше значение тока I_н), тем меньше напряжение. Для нормальной работы потребителей необходимо, чтобы напряжение было стабильным независимо от режима работы генератора.

Регулятор напряжения, применяемый с автомобильными генераторами, для поддержания напряжения изменяет силу тока I_в в обмотке возбуждения. С повышением частоты вращения ротора n_р регулятор, стабилизируя напряжение, уменьшает силу тока I_в в обмотке возбуждения, а с ростом тока I_н нагрузки – увеличивается ток I_в (рис 4.5).

Зависимость напряжения генератора и тока в обмотке возбуждения от частоты вращения ротора (а) и тока нагрузки (б)

а) б)

Рис.4.5

Система регулирования напряжения генераторной установки (рис.4.6) состоит из регулятора напряжения 1 и генератора 2, который является объектом регулирования. Регулятор, в свою очередь, содержит элементы сравнения 3, регулирующий 4 и измерительный 5. Измерительный элемент 5 воспринимает напряжение генератора U_d и преобразует его в сигнал U_изм , который в элементе сравнения 3 регулятора сравнивается с эталонным заданным значением U_эт. Разность между U_эт и U_изм пропорциональна отклонению напряжения генератора U_d от заданного значения. Если такое отклонение имеет место, то на выходе элемента сравнения 3 появится сигнал U₀. Этот сигнал поступит на вход регулирующего элемента 4, который начнет изменять силу тока возбуждения генератора, а следовательно, и напряжение на выходе генератора до тех пор, пока сигнал не станет равен нулю. При этом сигнал на выходе измерительного элемента равен эталонному значению, а напряжение на выходе генератора – заданному. Таким образом, при любой частоте вращения и нагрузке генератора в диапазоне работы регулятора напряжение генераторной установки практически постоянное.

Функциональная схема регулирования напряжения генератора

Рис. 4.6

В реальных регуляторах эталоном может быть не обязательно электрическое напряжение, а любая достаточно постоянная физическая величина, например, сила натяжения пружины. В таком случае измерительный элемент должен преобразовывать напряжение генератора в пропорциональную ему величину той же физической сущности, что и эталонная величина.

Регуляторы напряжения отличаются только конструктивными признаками, в связи, с чем их подразделяют на бесконтактные, транзисторные, контактно-транзисторные и вибрационные.

4.1.4 Токоскоростная характеристика генератора.

Основными параметрами генера­тора являются напряжение U, частота вращения n_р ротора и мощ­ность Р (или значение тока, отдаваемого генератором при задан­ном напряжении). Номинальные значения напряжения генератора (14 и 28 В) стандартизованы. В связи с непрерывным изменением режима движения автомобиля, а следовательно частоты вращения вала и нагрузки, работа генератора характеризуется токоскоростной характеристикой - зависимостью силы тока l_d, которую может отдать генератор потребителям при заданном напряжении, от час­тоты вращения n_р ротора (рис. 4.7).

Токоскоростная характеристика генератора

Рис.4.7

Токоскоростная характеристика имеет характерные точки, к которым относятся:

- n₀ - начальная частота вращения без нагрузки. Поскольку обычно снятие характеристики начинают с тока нагрузки (около 2А, то эта точка получается экстраполяцией снятой характеристики до пересечения с осью абсцисс.

- n_ном - номинальная частота вращения, при которой вырабатывается номинальный ток I_ном. Эта частота вращения n_ном = 6000 мин^-1. I_ном - наибольшая сила тока, который генераторная установка должна выработать при частоте вращения n_ном.

- n_max - максимальная частота вращения. При этой частоте вращения генератор вырабатывает максимальную силу тока I_max. Обычно максимальная сила тока мало отличается от номинального I_ном (не более, чем на 10%).

- I_хд - ток отдачи генератора при частоте вращения, соответствующей минимальным устойчивым оборотам холостого хода двигателя. На современных генератоpax ток, отдаваемый в этом режиме, составляет 40-50% от номинального. В этом режиме генератор должен отдавать силу тока, необходимую для питания ряда важнейших потребителей, прежде всего зажигания в карбюраторных ДВС;

- I_dmax - максимальный (номинальный) ток отдачи при частоте вращения ротора 6000 об/мин

- частота вращения n_pн и сила тока I_dн в расчетном режиме (точка расчетного режима определяется в месте касания ТСХ касательной, проведенной из начала координат). Приблизительно расчетное значение силы тока может быть определено как 0,67 I_dmax Расчетному режиму соответствуют максимальный механический момент генератора и в области этого режима наблюдается наибольший нагрев узлов, так как с ростом частоты вращения растет ток генератора и, следовательно, нагрев его узлов, но одновременно возрастает и интенсивность охлаждения генератора вентилятором, расположенным на его валу. При больших частотах вращения над ростом интенсивности нагрева преобладает рост интенсивности охлаждения и нагрев узлов генератора уменьшается.);

Токоскоростная характеристика дает представление о самоограничении вентильного генератора. Вентильные генераторы характеризуются номинальной силой I_ном вырабатываемого тока, ко­торую определяют при частоте вращения ротора n_р=6000 мин Номинальная мощность автомобильного генератора равна произ­ведению номинальной силы тока на номинальное напряжение: Р_ном = I_номU_ном. При большей частоте вращения ротора ввиду конст­руктивных особенностей генератора ток не возрастает.

В технической документации на генераторы часто приводятся значения параметров лишь в отдельных характерных точках токоскоростной характеристики. К ним относится прежде всего точка, соответствующая частоте вращения л_р0 ротора в режиме холостого хода.

Генератор спроектирован так, что нагрев его обмоток, подшип­ников и полупроводниковых элементов при токе I_ном не опасен. Кроме того, узлы генератора нагреваются больше при токе, со­ставляющем примерно (2/3)I_ном. Это объясняется тем, что с увели­чением частоты вращения ротора одновременно возрастает ин­тенсивность охлаждения генератора вентилятором, расположен­ным на его валу. Поэтому в качестве промежуточной точки токоскоростной характеристики, как наиболее опасной по нагреву в вентильных генераторах, чаще всего указывается точка, соответ­ствующая току нагрузки (2/3) I_ном. У зарубежных генераторов и оте­чественных генераторов последних выпусков указывается еще ток при условной частоте вращения, соответствующей режиму холо­стого хода двигателя (1500 или 1800 мин"¹).

Значение тока генератора при определенной частоте вращения коленчатого вала двигателя зависит от передаточного числа ре­менной передачи привода генератора. Передаточные числа при­водов генераторов современных автомобилей находятся в преде­лах от 1,5 до 2,4 (большие передаточные числа возможны лишь при приводе генератора поликлиновым ремнем).

Токоскоростные характеристики определяются при температуре узлов генератора, практически равной температуре окружающего воздуха f = (23 ±5)°С и в нагретом состоянии. В последнем случае генератор предварительно нагревают при работе в заданном ре­жиме и температуре окружающего воздуха (23 ±5)°С.