| Меню сайта |
|
 |
| Все про машину |
|
|
| Статистика |
Онлайн всего: 1 Гостей: 1 Пользователей: 0 |
|
| Форма входа |
|
|
|
 | |  |
| Главная » 2013 » Октябрь » 1 » Ще раз про генераторах
20:22 Ще раз про генераторах |
Ще раз про генераторах
Основні вимоги до автомобільних генераторів
1 . Генератор повинен забезпечувати безперебійну подачу струму і володіти достатньою потужністю , щоб :
- Одночасно постачати електроенергію працюючих споживачів і заряджати АКБ ;
- При включенні всіх штатних споживачів електроенергії на малих обертах двигуна не відбувається сильний розряд акумуляторної батареї;
- Напруга в бортовій мережі знаходилося в заданих межах у всьому діапазоні електричних навантажень і частот обертання ротора.
2 . Генератор повинен мати достатню міцність , великий ресурс , невеликі масу і габарити , невисокий рівень шуму і радіоперешкод .
Основні поняття
Вітчизняні розробники і виробники електрообладнання використовують такі поняття.
Система електропостачання автомобіля - призначена для безперебійного живлення електроприладів , включених в бортову мережу автомобіля . Складається з генераторної установки , акумулятора і пристроїв, що забезпечують контроль працездатності та захист системи від перевантажень.
Генератор - пристрій, що перетворює механічну енергію , отримувану від двигуна , в електричну.
Регулятор напруги - пристрій, що підтримує напругу бортової мережі автомобіля в заданих межах при зміні електричного навантаження , частоти обертання ротора генератора і температури навколишнього середовища .
Акумуляторна стартерная батарея ( акумулятор) - накопичує і зберігає електроенергію для запуску двигуна і живлення електроприладів протягом нетривалого часу (при непрацюючому двигуні або недостатньої потужності, що розвивається генератором ) .
Принцип дії генератора
В основі роботи генератора лежить ефект електромагнітної індукції . Якщо котушку наприклад , з мідного дроту , пронизує магнітний потік , то при його зміні на виводах котушки з'являється змінна електрична напруга . І навпаки , для утворення магнітного потоку досить пропустити через котушку електричний струм. Таким чином , для отримання змінного електричного струму потрібні котушка , по якій протікає постійний електричний струм , утворюючи магнітний потік , звана обмоткою збудження і сталева полюсна система , призначення якої - підвести магнітний потік до котушок , званим обмоткою статора , в яких наводиться змінна напруга . Ці котушки поміщені в пази сталевої конструкції , муздрамтеатру (пакета заліза) статора. Обмотка статора з його магнітопроводом утворює власне статор генератора , його найважливішу нерухому частину , в якій утворюється електричний струм , а обмотка збудження з полюсної системою і деякими іншими деталями ( валом , контактними кільцями) - ротор , його найважливішу обертову частину . Харчування обмотки збудження може здійснюватися від самого генератора. У цьому випадку генератор працює на самозбудженні . При цьому залишковий магнітний потік в генераторі , тобто потік , який утворюють сталеві частини муздрамтеатру при відсутності струму в обмотці збудження , невеликий і забезпечує самозбудження генератора тільки на занадто високих частотах обертання. Тому в схему генераторної установки , там де обмотки збудження не з'єднані з акумуляторною батареєю , вводять таке зовнішнє з'єднання , зазвичай через лампу контролю працездатного стану генераторної установки. Струм, що надходить через цю лампу в обмотку збудження після включення вимикача запалювання і забезпечує початкове збудження генератора. Сила цього струму не повинна бути занадто великою , щоб не розряджати акумуляторну батарею , але і не дуже малої , тому що в цьому випадку генератор збуджується при занадто високих частотах обертання , тому фірми -виробники обумовлюють необхідну потужність контрольної лампи - звичайно 2 .. .3 Вт
При обертанні ротора напроти котушок обмотки статора з'являються поперемінно "північний" , і " південний" полюси ротора , тобто напрямок магнітного потоку, який пронизує котушку , змінюється , що і викликає появу в ній змінної напруги . Частота цієї напруги f залежить від частоти обертання ротора генератора N і числа його пар полюсів р :
f = p * N/60
За рідкісним винятком генератори зарубіжних фірм , також як і вітчизняні , мають шість " південних " і шість " північних " полюсів у магнітній системі ротора. У цьому випадку частота f в 10 разів менше частоти обертання я ротора генератора. Оскільки своє обертання ротор генератора отримує від колінчастого вала двигуна , то за частотою змінної напруги генератора можна вимірювати частоту обертання колінчастого вала двигуна. Для цього у генератора робиться висновок обмотки статора , до якого і підключається тахометр. При цьому напруга на вході тахометра має пульсуючий характер , т. к. він виявляється включеним паралельно діоду силового випрямляча генератора. З урахуванням передавального числа i пасової передачі від двигуна до генератора частота сигналу на вході тахометра fт пов'язана з частотою обертання колінчастого вала двигуна Nдв співвідношенням :
f = p * Nдв ( i ) / 60
Звичайно , в разі прослизання приводного ременя це співвідношення трохи порушується і тому слід стежити , щоб ремінь завжди був досить натягнутий. При р = 6 , (у більшості випадків) наведене вище співвідношення спрощується fт = Nдв ( i ) / 10. Бортова мережа вимагає підведення до неї постійної напруги. Тому обмотка статора живить бортову мережу автомобіля через випрямляч , вбудований в генератор .
Обмотка статора генераторів закордонних фірм , як і вітчизняних - трифазна . Вона складається з трьох частин , званих обмотками фаз або просто фазами , напруга і струми в яких зміщені один щодо одного на третину періоду, тобто на 120 електричних градусів , як це показано на рис. I. Фази можуть з'єднуватися в "зірку " або " трикутник " . При цьому розрізняють фазні та лінійні напруги і струми . Фазні напруги Uф діють між кінцями обмоток фаз. я струми Iф протікають в цих обмотках , лінійні ж напруги Uл діють між проводами , що з'єднують обмотку статора з випрямлячем . У цих проводах протікають лінійні струми Jл . Природно , випрямляч випрямляє ті величини , які до нього підводяться , тобто лінійні .
Рис.1 . Принципова схема генераторної установки.
Uф1 - Uф3 - напруга в обмотках фаз: Ud - випрямлена напруга ; 1 , 2, 3 - обмотки трьох фаз статора : 4 - діоди силового випрямляча ; 5 - акумуляторна батарея ; 6 - навантаження ; 7 - діоди випрямляча обмотки збудження ; 8 - обмотка збудження; 9 - регулятор напруги
Принципова схема генераторної установки
При з'єднанні в " трикутник " фазні струми в корінь з 3 рази менше лінійних , в той час як у " зірки" лінійні і фазні струми рівні . Це означає , що при тому ж віддається генератором струмі , струм в обмотках фаз , при з'єднанні в " трикутник " , значно менше , ніж у " зірки" . Тому в генераторах великої потужності досить часто застосовують з'єднання в " трикутник " , оскільки при менших струмах обмотки можна намотувати товстішим дротом , що технологічніше . Однак лінійні напруги у " зірки" у корінь з 3 більше фазного , в той час як у " трикутника " вони рівні і для отримання такого ж вихідної напруги , при тих же частотах обертання " трикутник " вимагає відповідного збільшення числа витків його фаз порівняно зі "зіркою" .
Більш тонкий дріт можна застосовувати і при з'єднанні типу "зірка". У цьому випадку обмотку виконують з двох паралельних обмоток , кожна з яких з'єднана в "зірку" , тобто виходить " подвійна зірка".
Випрямляч для трифазної системи містить шість силових напівпровідникових діодів , три з яких: VD1 , VD3 і VD5 з'єднані з виводом " +" генератора , а інші три: VD2 , VD4 і VD6 з висновком "-" ( "масою" ) . При необхідності форсування потужності генератора застосовується додаткове плече випрямляча на діодах VD7 , VD8 , показане на рис.1 , пунктиром . Така схема випрямляча може мати місце тільки при з'єднанні обмоток статора в "зірку" , т. к. додаткове плече запитивается від " нульової " точки "зірки" .
У значної кількості типів генераторів закордонних фірм обмотка збудження підключається до власного випрямителю , зібраному на діодах VD9 - VD 11.Такое підключення обмотки збудження перешкоджає протіканню через неї струму розряду акумуляторної батареї при непрацюючому двигуні автомобіля. Напівпровідникові діоди знаходяться у відкритому стані і не роблять істотного опору проходженню струму при додатку до них напруги в прямому напрямку і практично не пропускають струм при зворотному напрузі. За графіком фазних напруг ( див. рис.1) можна визначити, які діоди відкриті , а які закриті в даний момент. Фазні напруги Uф1 діє в обмотці першої фази , Uф2 - другий , Uф3 - третьою. Ці напруги змінюються по кривих , близьким до синусоїді і в одні моменти часу вони позитивні , в інші негативні. Якщо позитивний напрямок напруги у фазі прийняти по стрілці , спрямованої до нульової точки обмотки статора , а негативне від неї те , наприклад , для моменту часу t1 , коли напруга другої фази відсутня , першої фази - позитивно , а третьою - негативно. Напрямок напруг фаз відповідає стрільцям показаним на рис. 1 . Струм через обмотки , діоди і навантаження буде протікати в напрямку цих стрілок. При цьому відкриті діоди VD1 і VD4 . Розглянувши будь-які інші моменти часу легко переконатися , що в трифазній системі напруги, що виникає в обмотках фаз генератора , діоди силового випрямляча переходять з відкритого стану в закрите і назад таким чином , що струм у навантаженні має тільки один напрямок - від виведення " +" генераторної установки до її висновку "-" ( "масі" ), тобто в навантаженні протікає постійний ( випрямлений ) струм . Діоди випрямляча обмотки збудження працюють аналогічно , живлячи випрямленою струмом цю обмотку . Причому в випрямляч обмотки збудження теж входять 6 діодів , але три з них VD2 , VD4 , VD6 спільні з силовим випрямлячем . Так у момент часу t1 відкриті діоди VD4 і VD9 , через які випрямлений струм і надходить в обмотку збудження. Цей струм значно менше , ніж струм , що віддається генератором в навантаження. Тому в якості діодів VD9 - VD11 застосовуються малогабаритні слабкострумові діоди на струм не більше 2 А (для порівняння , діоди силового випрямляча допускають протікання струмів силою до 25 ... 35 А).
Залишається розглянути принцип роботи плеча випрямляча , що містить діоди VD7 і VD8 . Якби фазні напруги змінювалися чисто по синусоїді , ці діоди взагалі не брали б участь у процесі перетворення змінного струму в постійний . Однак у реальних генераторах форма фазних напруг відрізняється від синусоїди. Вона являє собою суму синусоїд , які називаються гармонійними складовими або гармоніками - першої , частота якої збігається з частотою фазної напруги , та вищими , головним чином , третьої , частота якої в три рази вище , ніж першої . Представлення реальної форми фазної напруги у вигляді суми двох гармонік (першої та третьої) показано на рис.2.
Представлення фазної напруги Uф у вигляді суми синусоїд першої , U1 , і третьої U3 , гармонік Рис.2 . Представлення фазної напруги Uф у вигляді суми синусоїд першої , U1 , і третьої U3 , гармонік
З електротехніки відомо , що в лінійному напрузі , тобто в тому напрузі , яка підводиться до випрямляча і випрямляється , третя гармоніка відсутня. Це пояснюється тим , що треті гармоніки всіх фазних напруг збігаються по фазі , тобто одночасно досягають однакових значень і при цьому взаємно врівноважують і взаємознищувалися один одного в лінійному напрузі. Таким чином , третя гармоніка у фазному напрузі присутній , а в лінійному - ні. Отже потужність, що розвивається третьої гармонікою фазної напруги не може бути використана споживачами . Щоб використовувати цю потужність додані діоди VD7 і VD8 , під'єднані до нульової точки обмоток фаз, тобто до точки де позначається дію фазної напруги . Таким чином , ці діоди випрямляють тільки напруга третьої гармоніки фазної напруги . Застосування цих діодів збільшує потужність генератора на 5 ... 15% при частоті обертання більш 3000 хв -1.
Випрямлена напруга , як це показано на рис.1 , носить пульсуючий характер. Ці пульсації можна використовувати для діагностики випрямляча . Якщо пульсації ідентичні - випрямляч працює нормально , якщо ж картинка на екрані осцилографа має порушення симетрії - можлива відмова діода. Перевірку цю слід проводити при відключеній акумуляторної батареї. Слід звернути увагу на те , що під терміном " випрямний діод " , не завжди ховається звична конструкція, що має корпус , висновки і т. д. іноді це просто напівпровідниковий кремнієвий перехід , загерметизований на тепловідвід .
Застосування в регуляторі напруги електроніки і особливо , мікроелектроніки , тобто застосування польових транзисторів або виконання всієї схеми регулятора напруги на монокристалі кремнію , зажадало введення в генераторну установку елементів захисту її від сплесків високої напруги , що виникають, наприклад , при раптовому відключенні акумуляторної батареї , скиданні навантаження. Такий захист забезпечується тим , що діоди силового моста замінені стабілітронами . Відмінність стабілітрона від випрямного діода полягає в тому , що при впливі на нього напруги в зворотному напрямку він не пропускає струм лише до певної величини цієї напруги , званого напругою стабілізації . Зазвичай в силових стабілітронах напруга стабілізації становить 25 ... 30 В. При досягненні цієї напруги стабілітрони " пробиваються " , тобто починають пропускати струм у зворотному напрямку , причому в певних межах зміни сили цього струму напруга на стабілітроні , а , отже , і на виведення " +" генератора залишається незмінним , що не досягаючому небезпечних для електронних вузлів значень . Властивість стабілітрона підтримувати на своїх висновках сталість напруги після " пробою " використовується і в регуляторах напруги .
Пристрій автомобільного генератора
За своїм конструктивним виконанням генераторні установки можна розділити на дві групи - генератори традиційної конструкції з вентилятором у приводного шківа та генератори так званої компактної конструкції з двома вентиляторами у внутрішній порожнині генератора. Зазвичай " компактні " генератори оснащуються приводом з підвищеним передавальним відношенням через поліклинові ремінь і тому за прийнятою у деяких фірм термінології , називаються високошвидкісними генераторами . При цьому усередині цих груп можна виділити генератори , у яких щітковий вузол розташований у внутрішній порожнині генератора між полюсної системою ротора і задньою кришкою та генератори , де контактні кільця і щітки розташовані поза внутрішньої порожнини. У цьому випадку генератор має кожух , під яким розташовується щітковий вузол , випрямляч і , як правило , регулятор напруги .
Будь генератор містить статор з обмоткою , затиснутий між двома кришками - передній , з боку приводу , і задній , з боку контактних кілець. Кришки , відлиті з алюмінієвих сплавів , мають вентиляційні вікна , через які повітря продувається вентилятором крізь генератор.
Генератори традиційної конструкції забезпечені вентиляційними вікнами тільки в торцевій частині , генератори " компактної " конструкції ще й на циліндричній частині над лобовими сторонами обмотки статора. " Компактну " конструкцію відрізняє також сильно розвинене оребрение , особливо в циліндричної частини кришок. На кришці з боку контактних кілець кріпляться щітковий вузол , який часто об'єднаний з регулятором напруги , і випрямний вузол. Кришки зазвичай стягнуті між собою трьома або чотирма гвинтами , причому статор зазвичай виявляється затиснутий між кришками , посадочні поверхні яких охоплюють статор по зовнішній поверхні . Іноді статор повністю втоплений в передній кришці і не впирається в задню кришку , існують конструкції , у яких середні листи пакета статора виступають над іншими і вони є посадочним місцем для кришок. Кріпильні лапи і натяжний вухо генератора відливаються заодно з кришками , причому , якщо кріплення двухлапное , то лапи мають обидві кришки , якщо однолапное - тільки передня . Втім , зустрічаються конструкції , у яких однолапное кріплення здійснюється стикуванням припливів задньої і передньої кришок , а також двухлапние кріплення , при якому одна з лап , виконана штампуванням із сталі , прикручується до задньої кришки , як , наприклад , у деяких генераторів фірми Paris- Rhone колишніх випусків. При двухлапном кріпленні в отворі задньої лапи зазвичай розташовується дистанційна втулка , що дозволяє при установці генератора вибирати зазор між кронштейном двигуна і посадковим місцем лап. Отвір у натяжній вусі може бути одне з різьбленням або без , але зустрічається і кілька отворів , чим досягається можливість установки цього генератора на різні марки двигунів. Для цієї ж мети застосовують два натяжних вуха на одному генераторі .
Рис.3 Статор генератора :
1 - сердечник , 2 - обмотка , 3 - пазовий клин , 4 - паз , 5 - висновок для з'єднання з випрямлячем
статор генератора
Статор генератора ( рис.3) набирається із сталевих листів товщиною 0.8 ... 1 мм , але частіше виконується навивкою " на ребро " . Таке виконання забезпечує менше відходів при обробці та високу технологічність . При виконанні пакета статора навивкою ярмо статора над пазами зазвичай має виступи , по яких при навивці фіксується положення шарів один щодо одного. Ці виступи покращують охолодження статора за рахунок більш розвиненою його зовнішній поверхні . Необхідність економії металу призвела і до створення конструкції пакета статора , набраного з окремих підковоподібних сегментів . Скріплення між собою окремих аркушів пакета статора в монолітну конструкцію здійснюється зварюванням або заклепками. Практично всі генератори автомобілів масових випусків мають 36 пазів , в яких розташовується обмотка статора. Пази ізольовані плівковою ізоляцією або напиленням епоксидного компаунда .
Рис.4 Схема обмотки статора генератора :
А - петлевая розподілена , Б - хвильова зосереджена, В - хвильова розподілена
------- 1 фаза , ------ 2 фаза , - .. - .. - .. - 3 фаза
Схема обмотки статора генератора
У пазах розташовується обмотка статора , виконувана за схемами (рис. 4 ) у вигляді петлевий розподіленої (рис. 4 , А ) або хвильової зосередженої (рис. 4 , Б ) , хвильової розподіленої (рис. 4 , В) обмоток. Петльова обмотка відрізняється тим , що її секції (або напівсекції ) виконані у вигляді котушок з лобовими сполуками за обома сторонам пакета статора навпроти один одного. Хвильова обмотка дійсно нагадує хвилю , т. к. її лобові з'єднання між сторонами секції (або напівсекції ) розташовані по черзі то з одного , то з іншого боку пакету статора. У розподіленої обмотки секція розбивається на дві напівсекції , що виходять з одного паза , причому одна полусекцій виходить вліво , інша праворуч . Відстань між сторонами секції (або напівсекції ) кожної обмотки фази становить 3 пазових ділення , тобто якщо одна сторона секції лежить в пазу , умовно прийнятому за перший , то друга сторона укладається в четвертий паз. Обмотка закріплюється в пазу пазовим клином з ізоляційного матеріалу. Обов'язковою є просочування статора лаком після укладання обмотки.
Особливістю автомобільних генераторів є вид полюсної системи ротора (мал. 5) . Вона містить дві полюсні половини з виступами - полюсами клювообразную форми по шість на кожній половині . Полюсні половини виконуються штампуванням і можуть мати виступи - полувтулкі . У разі відсутності виступів при напресування на вал між полюсними половинами встановлюється втулка з обмоткою збудження , намотаною на каркас , при цьому намотування здійснюється після установки втулки всередину каркаса.
Ротор автомобільного генератора
Рис.5 . Ротор автомобільного генератора : а - у зборі; б - полюсна система в розібраному вигляді ; 1,3 - полюсні половини ; 2 - обмотка збудження; 4 - контактні кільця; 5 - вал
Якщо полюсні половини мають полувтулкі , то обмотка порушення попередньо намотується на каркас і встановлюється при напресування полюсних половин так , що полувтулкі входять всередину каркаса. Торцеві щічки каркаса мають виступи -фіксатори , що входять до межполюсного проміжки на торцях полюсних половин і перешкоджають провороту каркаса на втулці . Напресовує полюсних половин на вал супроводжується їх зачеканенням , що зменшує повітряні зазори між втулкою і полюсними половинами або полувтулкамі , і позитивно позначається на вихідних характеристиках генератора. При зачеканці метал затікає в проточки вала , що ускладнює перемотування обмотки збудження при її перегорянні або обриві , т. к. полюсна система ротора стає трудноразборной . Обмотка збудження в зборі з ротором просочується лаком. Дзьоби полюсів по краях зазвичай мають скоси з одного або двох сторін для зменшення магнітного шуму генераторів. У деяких конструкціях для тієї ж мети під гострими конусами дзьобів розміщується антишумове немагнітними кільце, розташоване над обмоткою збудження. Це кільце запобігає можливість коливання дзьобів при зміні магнітного потоку і , отже , випромінювання ними магнітного шуму.
Після збирання проводиться динамічне балансування ротора , яка здійснюється висвердлюванням надлишку матеріалу у полюсних половин. На валу ротора розташовуються також контактні кільця , виконувані найчастіше з міді , з обпресуванням їх пластмасою. До кілець припаиваются або приварюються висновки обмотки збудження. Іноді кільця виконуються з латуні або нержавіючої сталі , що знижує їх знос і окислення особливо при роботі у вологому середовищі. Діаметр кілець при розташуванні щітково - контактного вузла поза внутрішньої порожнини генератора не може перевищувати внутрішній діаметр підшипника , встановленого в кришку з боку контактних кілець , оскільки при збірці підшипник проходить над кільцями. Малий діаметр кілець сприяє крім того зменшенню зносу щіток. Саме за умовами монтажу деякі фірми застосовують у якості задньої опори ротора роликові підшипники , тому що кулькові того ж діаметру мають менший ресурс.
Вали роторів виконуються , як правило , з м'якої автоматної сталі , однак, при застосуванні роликового підшипника , ролики якого працюють безпосередньо по кінцю валу з боку контактних кілець , вал виконується з легованої сталі, а цапфа валу цементується і гартується . На кінці валу , забезпеченому різьбленням , прорізається паз під шпонку для кріплення шківа . Однак, у багатьох сучасних конструкціях шпонка відсутня. У цьому випадку торцева частина валу має поглиблення або виступ під ключ у вигляді шестикутника . Це дозволяє утримувати вал від проворота при затягуванні гайки кріплення шківа , або при розбиранні , коли необхідно зняти шків і вентилятор .
Щітковий вузол - це пластмасова конструкція , в якій розміщуються щітки тобто ковзаючі контакти . В автомобільних генераторах застосовуються щітки двох типів - меднографітние і електрографітние . Останні мають підвищений падіння напруги в контакті з кільцем в порівнянні з меднографітнимі , що несприятливо позначається на вихідних характеристиках генератора , проте вони забезпечують значно менший знос контактних кілець. Щітки притискаються до кілець зусиллям пружин. Зазвичай щітки встановлюються по радіусу контактних кілець , але зустрічаються і так звані реактивні щіткотримачі , де вісь щіток утворює кут з радіусом кільця в місці контакту щітки. Це зменшує тертя щітки в напрямних щеткодержателя і тим забезпечується більш надійний контакт щітки з кільцем. Часто щеткодержатель і регулятор напруги утворюють нерозбірний єдиний вузол .
Випрямні вузли застосовуються двох типів - або це пластини - тепловідвід , в які запресовуються (або припаиваются ) діоди силового випрямляча або на яких распаиваются і герметизуються кремнієві переходи цих діодів , або це конструкції з сильно розвиненим оребренням , в яких діоди , зазвичай таблеткового типу , припаиваются до тепловідведення. Діоди додаткового випрямляча мають звичайно пластмасовий корпус циліндричної форми або у вигляді горошини або виконуються у вигляді окремого герметизованого блоку , включення в схему якого здійснюється шинками . Включення випрямних блоків в схему генератора здійснюється розпаюванням або зварюванням висновків фаз на спеціальних монтажних майданчиках випрямляча або гвинтами . Найбільш небезпечним для генератора і особливо для проводки автомобільної бортової мережі є замикання пластінтеплоотводов , з'єднаних з "масою " і виводом " +" генератора випадково потрапили між ними металевими предметами або провідними містками , утвореними забрудненням , тому що при цьому відбувається коротке замикання по ланцюгу акумуляторної батареї і можливий пожежа. Щоб уникнути цього пластини та інші частини випрямляча генераторів деяких фірм частково або повністю покривають ізоляційним шаром. У монолітну конструкцію випрямного блоку тепловідводи об'єднуються в основному монтажними платами з ізоляційного матеріалу , армованими з'єднувальними шинками .
Підшипникові вузли генераторів це , як правило , радіальні кулькові підшипники з одноразовою закладкою пластичного мастила на весь термін служби і одне або двосторонніми ущільненнями , вбудованими в підшипник . Роликові підшипники застосовуються тільки з боку контактних кілець і досить рідко , в основному , американськими фірмами. Посадка кулькових підшипників на вал з боку контактних кілець - зазвичай щільна , з боку приводу - змінна , в посадочне місце кришки навпаки - з боку контактних кілець - змінна , з боку приводу - щільна. Так як зовнішня обойма підшипника з боку контактних кілець має можливість провертатися в посадковому місці кришки , то підшипник і кришка можуть незабаром вийти з ладу , виникне зачіпання ротора за статор . Для запобігання провертання підшипника в посадочне місце кришки поміщають різні пристрої - гумові кільця , пластмасові стаканчики , гофровані сталеві пружини і т. п.
Конструкцію регуляторів напруги в значній мірі визначає технологія їх виготовлення. При виготовленні схеми на дискретних елементах , регулятор зазвичай має друковану плату , на якій розташовуються ці елементи . При цьому деякі елементи , наприклад , настроювальні резистори можуть виконуватися за товстоплівкових технології . Гібридна технологія передбачає, що резистори виконуються на керамічній пластині і з'єднуються з напівпровідниковими елементами - діодами , стабілітронами , транзисторами , які в бескорпусном або корпусному виконанні распаиваются на металевій підкладці. У регуляторі , виконаному на монокристалі кремнію , вся схема регулятора розміщена в цьому кристалі . Гібридні регулятори напруги та регулятори напруги на монокристалі ні розбиранні , ні ремонту не підлягають .
Охолодження генератора здійснюється одним або двома вентиляторами , закріпленими на його валу . При цьому у традиційної конструкції генераторів ( мал. 7 , а ) повітря засмоктується відцентровим вентилятором в кришку з боку контактних кілець. У генераторів , які мають щітковий вузол , регулятор напруги і випрямляч поза внутрішньої порожнини і захищених кожухом , повітря засмоктується через прорізи цього кожуха , направляючі повітря в найбільш нагріті місця - до випрямляча і регулятору напруги . На автомобілях з щільною компоновкою підкапотного простору , в якому температура повітря занадто велика, застосовують генератори зі спеціальним кожухом ( рис. 7 , б) , закріпленим на задній кришці і забезпеченим патрубком зі шлангом , через який в генератор надходить холодний і чистий забортний повітря. Такі конструкції застосовуються , наприклад , на автомобілях BMW. У генераторів " компактної " конструкції охолоджуючий повітря забирається з боку як задньої , так і передньої кришок.
Система охолодження генераторів
Рис.7 . Система охолодження генераторів.
а - генератори звичайної конструкції ; б - генератори для підвищеної температури в підкапотному просторі; в - генератори компактної конструкції.
Стрілками показано напрям повітряних потоків
Генератори великої потужності , що встановлюються на спецавтомобілі, вантажівки і автобуси мають деякі відмінності . Зокрема , в них зустрічаються дві полюсні системи ротора , насаджені на один вал і, отже , дві обмотки збудження , 72 паза на статорі і т. п. Однак принципових відмінностей в конструктивному виконанні цих генераторів від розглянутих конструкцій немає.
Характеристики автомобільних генераторів
Здатність генераторної установки забезпечувати споживачів електроенергією на різних режимах роботи двигуна визначається його токоскоростной характеристикою (ТШХ ) - залежністю найбільшої сили струму , що віддається генератором , від частоти обертання ротора при постійній величині напруги на силових висновках. На рис. 1 представлена токоскоростной характеристика генератора .
Токоскоростной характеристика генераторних установок
Рис . 1 . Токоскоростной характеристика генераторних установок.
На графіку є наступні характерні точки :
n0 - початкова частота обертання ротора без навантаження , при якій генератор починає віддавати струм;
Iхд - струм віддачі генератора при частоті обертання, що відповідає мінімальним стійким оборотам холостого ходу двигуна .
На сучасних генератоpax струм , що віддається в цьому режимі , становить 40-50 % від номінального ;
Idm - максимальний ( номінальний ) струм віддачі при частоті обертання ротора 5000 хв " ' ( 6000 хв '' для сучасних генераторів ) .
Розрізняють ТШХ , певні :
- При самозбудженні (ланцюг обмотки збудження живиться від власного генератора) ;
- При незалежному порушення (ланцюг обмотки збудження живиться від стороннього джерела ) ;
- Для генераторної установки (регулятор напруги включений в схему ) ;
- Для генератора (регулятор напруги відключений) ;
- В холодному стані ( під холодним розуміють такий стан , при якому температура вузлів генератора практично дорівнює температурі навколишнього повітря ( 25 ± 10 ) ° С , оскільки при експериментальному визначенні ТШХ генератор нагрівається , час експерименту має бути мінімальним , тобто не більше 1 хв , а повторний експеримент повинен проводитися після того , як температура вузлів знову стане рівною температурі навколишнього повітря ) ;
- В нагрітому стані.
У технічній документації на генератори часто вказується не вся ТШХ , а лише її окремі характерні точки (див. рис. 1).
До таких точкам відносяться:
- Початкова частота обертання при холостому ході n0 . Вона відповідає заданому напрузі генератора без навантаження ;
- Найбільша сила струму , що віддається генератором Idm . (Автомобільні вентильні генератори мають самообмеженням , тобто досягнувши сили Idm значення якої близько до значення сили струму короткого замикання , генератор при подальшому збільшенні частоти обертання не може віддати споживачам струму більшого значення. Ток Idm помножений на номінальну напругу , визначає номінальну потужність автомобільних генераторів ) ;
- Частота обертання npн і сила струму Idн в розрахунковому режимі. ( Точка розрахункового режиму визначається в місці торкання ТШХ дотичній , проведеної з початку координат . Приблизно розрахункове значення сили струму може бути визначене як 0,67 Idm Розрахунковому режиму відповідають максимальний механічний момент генератора і в області цього режиму спостерігається найбільший нагрів вузлів , так як з ростом частоти обертання зростає струм генератора і , отже , нагрів його вузлів , але одночасно зростає і інтенсивність охолодження генератора вентилятором , розташованим на його валу . При великих частотах обертання над зростанням інтенсивності нагріву переважає зростання інтенсивності охолодження і нагрівання вузлів генератора зменшується. ) ;
- Частота обертання nхд і сила струму Iхд в режимі , відповідному холостому ходу двигуна внутрішнього згоряння (ДВЗ) . У цьому режимі генератор повинен віддавати силу струму , необхідну для живлення ряду найважливіших споживачів , перш за все запалювання в карбюраторних ДВС.
Як визначити параметри свого генератора :
Для вітчизняних генераторів : На нові моделі вітчизняних двигунів (ВАЗ -2111 , 2112, ЗМЗ- 406 та ін): встановлюються генератори компактній конструкції ( 94.3701 та ін.) Безщіткові ( індукторні ) генератори ( 955.3701 для ВАЗів , Г700А для УАЗів ) відрізняються від традиційної конструкції тим , що у них на роторі розташовані постійні магніти , а обмотки збудження - на статорі (змішане збудження) . Це дозволило обійтися без щіткового вузла ( вразлива частина генератора) і контактних кілець. Однак ці генератори мають дещо більшу масу і більш високий рівень шуму.
На щитку генератора звичайно вказуються його основні параметри :
- Номінальна напруга 14 або 28 В ( залежно від номінальної напруги системи електрообладнання ) ;
- Номінальний струм , за який приймається максимальний струм віддачі генератора.
- Тип , марка генератора
Основною характеристикою генераторної установки є її токоскоростной характеристика ( ТШХ) , тобто залежність струму , що віддається генератором в мережу , від частоти обертання його ротора при постійній величині напруги на силових висновках генератора.
Характеристика ця визначається при роботі генераторної установки в комплекті з повністю зарядженої акумуляторної батареєю з номінальною ємністю вираженої в А / г , що становить не менше 50 % номінальної сили струму генератора. Характеристика може визначатися в холодному і нагрітому станах генератора. При цьому під холодним станом розуміється таке , при якому температура всіх частин і вузлів генератора дорівнює температурі навколишнього середовища , величина якої повинна бути 23 ± 5 ° С. Температура повітря визначається в точці на відстані 5 см від повітрозабірника генератора. Оскільки генератор під час зняття характеристики нагрівається за рахунок виділюваних у ньому втрат потужності , то методично важко зняти ТСХ у холодному стані і більшість фірм приводить токоскоростной характеристики генераторів в нагрітому стані , тобто в стані при якому вузли та деталі генератора нагріті в кожній обумовленою точці до сталої величини за рахунок виділюваних у генераторі втрат потужності при зазначеній вище температурі охолоджуючого повітря .
Діапазон зміни частоти обертання при знятті характеристики укладений між мінімальною частотою , при якій генераторна установка розвиває силу струму 2А (близько 1000 хв -1) і максимальною. Зняття характеристики здійснюється з інтервалом 500 до 4000 хв -1 і 1000 хв -1 при більш високих частотах. Деякі фірми призводять токоскоростной характеристики , певні при номінальній напрузі , тобто при 14 В , характерному для легкових автомобілів. Однак зняти такі характеристики можливе тільки з регулятором спеціально перебудованому на високий рівень підтримки напруги . Щоб запобігти роботу регулятора напруги при знятті токоскоростной характеристики , її визначають при напругах Ut = 13,5 ± 0,1 В для 12- вольтової бортової системи . Допускається і прискорений метод визначення токоскоростной характеристики , що вимагає спеціального автоматизованого стенду , при якому генератор прогрівається протягом 30 хв при частоті обертання 3000 хв-1 , що відповідає цій частоті , силі струму і зазначеному вище напрузі. Час зняття характеристики не повинен перевищувати 30 с при постійно мінливій частоті обертання.
Токоскоростной характеристика має характерні точки , до яких відносяться:
n0 - початкова частота обертання без навантаження. Оскільки зазвичай зняття характеристики починають з струму навантаження (близько 2А , то ця точка виходить екстраполяцією знятої характеристики до перетину з віссю абсцис .
nL - мінімальна робоча частота обертання , тобто частота обертання , приблизно відповідна частоті холостого ходу двигуна . Умовно приймається , nL = 1500 хв-1. Цій частоті відповідає струм IL . Фірма Bosch для " компактних " генераторів прийняла nL = 1800 хв-1. Зазвичай IL становить 40 ... 50% номінального струму.
nR - номінальна частота обертання , при якій виробляється номінальний струм IR . Ця частота обертання прийнята nR = 6000 хв -1. IR - найменша сила струму , який генераторна установка повинна виробити при частоті обертання nR .
NМАХ - максимальна частота обертання. При цій частоті обертання генератор виробляє максимальну силу струму Imax . Зазвичай максимальна сила струму мало відрізняється від номінального IR ( не більше , ніж на 10 %).
Виробники наводять у своїх інформаційних матеріалах в основному тільки характерні точки токоскоростной характеристики . Однак , для генераторних установок легкових автомобілів з достатнім ступенем точності можна визначити токоскоростной характеристику за відомою номінальній величині сили струму IR і характеристиці по рис.8 , де величини сили струму генератора дано по відношенню до її номінальній величині .
Крім токоскоростной характеристики генераторну установку характеризує ще й частота самозбудження . При роботі генератора на автомобілі в комплекті з акумуляторною батареєю генераторна установка повинна самозбуджуватися при частоті обертання двигуна меншою , ніж частота обертання його холостого ходу. При цьому , звичайно , в схему повинні бути включені лампа контролю працездатного стану генераторної установки потужністю , обумовленої для неї фірмою -виробником генератора і паралельно їй резистори , якщо вони передбачені схемою .
Іншою характеристикою , за якою можна представити енергетичні здібності генератора , тобто визначити величину потужності , що забирається генератором від двигуна , є величина його коефіцієнта корисної дії (ККД) , що визначається в режимах відповідних точкам токоскоростной характеристики ( рис.8) , величина ККД по рис.8 наведена для орієнтування , тому що вона залежить від конструкції генератора - товщини пластин , з яких набраний статор , діаметра контактних кілець , підшипників , опору обмоток і т. п. , але , головним чином , від потужності генератора. Чим генератор потужніший, тим його ККД вище.
Вихідні характеристики автомобільних генераторів
Рис.8 Вихідні характеристики автомобільних генераторів :
1 - токоскоростной характеристика , 2 - ККД по точках токоскоростной характеристики
Нарешті , генераторну установку характеризує діапазон її вихідної напруги , при зміні в певних межах частоти обертання , сили струму навантаження і температури. Зазвичай в проспектах фірм вказується напруга між силовим виводом " +" і "масою" генераторної установки в контрольній точці або напруга настройки регулятора при холодному стані генераторної установки частоті обертання 6000 хв-1 , навантаженні силою струму 5 А і роботі в комплекті з акумуляторною батареєю , а також термокомпенсация - зміна регульованого напруги в залежності від температури навколишнього середовища . Термокомпенсація вказується у вигляді коефіцієнта, що характеризує зміну напруги при зміні температури навколишнього середовища на ~ 1 ° С. Як було показано вище , із зростанням температури напруга генераторної установки зменшується. Для легкових автомобілів деякі фірми пропонують генераторні установки з наступним напругою настройки регулятора і термокомпенсацією :
Напруга настройки , У ................................. 14,1 ± 0,1 14,5 +0,1
Термокомпенсація , мВ / ° С ............................... -7 +1,5 -10 ± 2
привід генераторів
Привід генераторів здійснюється від шківа колінчастого вала ремінною передачею . Чим більше діаметр шківа на колінчастому валу і менше діаметр шківа генератора (відношення діаметрів називають передавальним відношенням ) , тим вище обороти генератора , відповідно, він здатний віддати споживачам більший струм .
Привід клиновим ременем не застосовується для передавальних відносин більше 1,7-3 . Насамперед це пов'язано з тим , що при малих діаметpax шківів клиновий ремінь посилено зношується.
На сучасних моделях, як правило , привід здійснюється полікліновим ременем. Завдяки більшій гнучкості він дозволяє встановлювати на генераторі шків малого діаметру і , отже , отримувати більш високі передавальні відносини , тобто використовувати високообертові генератори. Натяг поліклинового ременя здійснюється , як правило , натяжними роликами при нерухомому генераторі .
кріплення генератора
Генератори кріпляться в передній частині двигуна болтами на спеціальних кронштейнах. Кріпильні лапи і натяжна проушина генератора знаходяться на кришках . Якщо кріплення здійснюється двома лапами , то вони розташовані на обох кришках , якщо лапа одна - вона знаходиться на передній кришці. В отворі задньої лапи (якщо кріпильні лапи - дві ) зазвичай мається дистанційна втулка , що усуває зазор між кронштейном двигуна і посадковим місцем лапи.
регулятори напруги
Регулятори підтримують напругу генератора в певних межах для оптимальної роботи електроприладів , включених в бортову мережу автомобіля . Всі регулятори напруги мають вимірювальні елементи, що є датчиками напруги , і виконавчі елементи, здійснюють його регулювання .
У вібраційних регуляторах вимірювальним та виконавчим елементом є електромагнітне реле. У контактно - транзисторних регуляторів електромагнітне реле знаходиться в вимірювальної частини , а електронні елементи - у виконавчій частині . Ці два типи регуляторів в даний час повністю витіснені електронними .
Напівпровідникові безконтактні електронні регулятори , як правило , вбудовані в генератор і об'єднані з щітковим вузлом. Вони змінюють струм порушення шляхом зміни часу включення обмотки ротора в живильну мережу . Ці регулятори не схильні разрегуліровка і не вимагають ніякого обслуговування , крім контролю надійності контактів.
Регулятори напруги мають властивість термокомпенсации - зміни напруги, що підводиться до акумуляторної батареї , залежно від температури повітря в підкапотному просторі для оптимального заряду АКБ . Чим нижче температура повітря , тим більша напруга повинна підводитися до батареї і навпаки. Величина термокомпенсации досягає до 0,01 В на 1 ° С. Деякі моделі виносних регуляторів (2702.3702 , РР- 132А , 1902.3702 і 131.3702 ) мають ступінчасті ручні перемикачі рівня напруги (зима / літо).
Принцип дії регулятора напруги
В даний час всі генераторні установки оснащуються напівпровідниковими електронними регуляторами напруги , як правило вбудованими всередину генератора. Схеми їх виконання і конструктивне оформлення можуть бути різні, але принцип роботи у всіх регуляторів однаковий. Напруга генератора без регулятора залежить від частоти обертання його ротора , магнітного потоку , створюваного обмоткою збудження , а , отже , від сили струму в цій обмотці і величини струму , що віддається генератором споживачам . Чим більше частота обертання і сила струму порушення , тим більше напруга генератора , чим більше сила струму його навантаження - тим менше це напруга .
Функцією регулятора напруги є стабілізація напруги при зміні частоти обертання і навантаження за рахунок впливу на струм порушення . Звичайно можна змінювати струм в ланцюзі порушення введенням в цей ланцюг додаткового резистора , як це робилося в колишніх вібраційних регуляторах напруги , але цей спосіб пов'язаний з втратою потужності в цьому резистори і в електронних регуляторах не застосовується. Електронні регулятори змінюють струм порушення шляхом включення і відключення обмотки збудження від мережі живлення , при цьому змінюється відносна тривалість часу включення обмотки збудження. Якщо для стабілізації напруги потрібно зменшити силу струму порушення , час включення обмотки збудження зменшується , якщо потрібно збільшити - збільшується.
Принцип роботи електронного регулятора зручно продемонструвати на досить простою схемою регулятора типу ЇЇ 14V3 фірми Bosch , представленої на рис. 9:
Схема регулятора напруги EE14V3 фірми BOSCH
Рис.9 Схема регулятора напруги EE14V3 фірми BOSCH :
1 - генератор , 2 - регулятор напруги , SA - замок запалювання , HL - контрольна лампа на панелі приладів.
Щоб зрозуміти роботу схеми , слід згадати , що , як було показано вище , стабілітрон не пропускає через себе струм при напругах , нижче величини напруги стабілізації . При досягненні напругою цієї величини , стабілітрон " пробивається " і по ньому починає протікати струм. Таким чином , стабілітрон в регуляторі є еталоном напруги з яким порівнюється напруга генератора. Крім того відомо , що транзистори пропускають струм між колектором і емітером , тобто відкриті , якщо в ланцюзі " база - емітер " струм протікає , і не пропускають цього струму , тобто закриті , якщо базовий струм переривається. Напруга до стабілітрону VD2 підводить від виводу генератора "D +" через дільник напруги на резисторах R1 ( R3 і діод VD1 , який здійснює температурну компенсацію. Поки напруга генератора невелике і напруга на стабілітроні нижче його напруги стабілізації , стабілітрон закрито , через нього , а , отже , і в базовій ланцюга транзистора VT1 струм не протікає , транзистор VT1 також закритий. у цьому випадку струм через резистор R6 від виводу "D +" надходить в базову ланцюг транзистора VT2 , який відкривається , через його перехід емітер - колектор починає протікати струм у базі транзистора VT3 , який також відкривається . При цьому обмотка збудження генератора виявляється підключена до ланцюга живлення через перехід емітер - колектор VT3.
З'єднання транзисторів VT2 і VT3 , при якому їх колекторні висновки об'єднані , а живлення базової ланцюга одного транзистора проводиться від емітера іншого , називається схемою Дарлінгтона . При такому з'єднанні обидва транзистора можуть розглядатися як один складений транзистор з великим коефіцієнтом підсилення. Зазвичай такий транзистор і виконується на одному кристалі кремнію. Якщо напруга генератора зросла , наприклад , через збільшення частоти обертання його ротора , то зростає і напруга на стабілітроні VD2 , при досягненні цією напругою величини напруги стабілізації , стабілітрон VD2 " пробивається " , струм через нього починає надходити в базову ланцюг транзистора VT1 , який відкривається і своїм переходом емітер - колектор закорачівает висновок бази складеного транзистора VT2 , VT3 на "масу" . Складовою транзистор закривається , розриваючи ланцюг живлення обмотки збудження. Струм збудження спадає, зменшується напруга генератора , закриваються стабілітрон VT2 , транзистор VT1 , відкривається складений транзистор VT2 , VT3 , обмотка збудження знову включається в ланцюг харчування , напруга генератора зростає і процес повторюється. Таким чином регулювання напруги генератора регулятором здійснюється дискретно через зміну відносного часу включення обмотки збудження в ланцюг харчування. При цьому струм в обмотці збудження змінюється так , як показано на рис.10 . Якщо частота обертання генератора зросла або навантаження його зменшилася , час включення обмотки зменшується , якщо частота обертання зменшилася або навантаження зросло - збільшується. У схемі регулятора (див. рис.9) є елементи , характерні для схем всіх застосовуються на автомобілях регуляторів напруги . Діод VD3 при закритті складеного транзистора VT2 , VT3 запобігає небезпечні сплески напруги, що виникають через обрив ланцюга обмотки збудження зі значною індуктивністю . У цьому випадку струм обмотки збудження може замикатися через цей діод і небезпечних сплесків напруги не відбувається. Тому діод VD3 носить назву гасить . Опір R7 є опором жорсткої зворотного зв'язку.
Зміна сили струму в обмотці збудження JB по часу t при роботі регулятора напруги
Рис.10 . Зміна сили струму в обмотці збудження JB по часу t при роботі регулятора напруги: tВКЛ , tвикл - відповідно час включення і виключення обмотки збудження регулятора напруги; n1 n2 - частоти обертання ротора генератора , причому n2 більше n1 ; JB1 і JB2 - середні значення сили струму в обмотці збудження
При відкритті складеного транзистора VT2 , VT3 воно виявляється підключеним паралельно опору R3 дільника напруги , при цьому напруга на стабілітроні VT2 різко зменшується , це прискорює перемикання схеми регулятора і підвищує частоту цього перемикання , що благотворно позначається на якості напруги генераторної установки. Конденсатор С1 є своєрідним фільтром, що захищає регулятор від впливу імпульсів напруги на його вході. Взагалі конденсатори в схемі регулятора або запобігають перехід цієї схеми в коливальний режим і можливість впливу сторонніх високочастотних перешкод на роботу регулятора , або , прискорюють перемикання транзисторів. В останньому випадку конденсатор , заряджаючись в один момент часу , розряджається на базову ланцюг транзистора в інший момент , прискорюючи кидком розрядного струму перемикання транзистора і , отже , знижуючи його нагрівання і втрати енергії в ньому.
З рис.9 добре видно роль лампи HL контролю працездатного стану генераторної установки (лампа контролю заряду на панелі приладів автомобіля). При непрацюючому двигуні автомобіля замикання контактів вимикача запалювання SA дозволяє струму від акумуляторної батареї GA через цю лампу надходити в обмотку збудження генератора . Цим забезпечується початкове збудження генератора. Лампа при цьому горить , сигналізуючи , що в ланцюзі обмотки збудження немає обриву . Після запуску двигуна , на виводах генератора "D +" і "В +" з'являється практично однакову напругу і лампа гасне. Якщо генератор при працюючому двигуні автомобіля не розвиває напруги , то лампа HL продовжує горіти і в цьому режимі , що є сигналом про відмову генератора або обриві приводного ременя. Введення резистора R у генераторну установку сприяє розширенню діагностичних здібностей лампи HL . За наявності цього резистора у випадку обриву ланцюга обмотки збудження при працюючому двигуні автомобіля лампа HL загоряється . В даний час все більше фірм переходить на випуск генераторних установок без додаткового випрямляча обмотки збудження. У цьому випадку в регулятор заводиться висновок фази генератора. При непрацюючому двигуні автомобіля , напруга на виводі фази генератора відсутній і регулятор напруги в цьому випадку переходить в режим , що перешкоджає розряду акумуляторної батареї на обмотку збудження. Наприклад , при включенні вимикача запалювання схема регулятора переводить його вихідний транзистор в коливальний режим , при якому струм в обмотці збудження невеликий і становить частки ампера . Після запуску двигуна сигнал з виведення фази генератора переводить схему регулятора в нормальний режим роботи. Схема регулятора здійснює в цьому випадку і керування лампою контролю працездатного стану генераторної установки.
|
|
Категория: Статті по автоелектриці |
Просмотров: 611 |
Добавил: FreeDOM
| Рейтинг: 0.0/0 |
| |
 | |  |
|
| Поиск |
|
|
| Календарь |
|
|
| Архив записей |
|
|
|
