Принцип действия генераторов переменного тока

Упрощенная схема устройства автомобильного генератора пере­менного тока с клювообразным ротором представлена на рисунке 1. Ге­нератор имеет следующие основные конструктивные элементы: непод­вижный статор 1, набранный из пластин электротехнической стали; обмотку статора 2; вращающийся ротор с клювообразными полюсами 9 и расположенную между ними втулку 15; обмотку возбуждения 8, вы­воды которой припаяны к двум изолированным от вала и друг от друга медным контактным кольцам 13; крышку со стороны привода 3 и крыш­ку со стороны контактных колец 10, выполненные из алюминиевого сплава, в которых установлены шарикоподшипники 5 и 11 с двусто­ронним резиновым уплотнителем и одноразовой закладкой смазки на весь срок службы. Крышки имеют вентиляционные отверстия и кре­пежные лапы для крепления генератора на двигателе.

В крышке со стороны контактных колец установлен пластмассовый щеткодержатель 14 с двум я прямоугольными медно-графитовыми щет­ками 12 и выпрямительный блок 7. При помощи крыльчатки 6 создает­ся протяжная вентиляция для охлаждения генератора. Привод гене­ратора осуществляется при помощи шкива 4.

Принцип действия генератора заключается в следующем. При вклю­чении замка зажигания на обмотку возбуждения подается напряже­ние аккумуляторной батареи, которое вызывает появление тока воз­буждения. Ток возбуждения, проходя по обмотке возбуждения, создает магнитный поток, рабочая часть которого распределяется по клювооб­разным полюсам одной полярности. Выходя из полюсов, магнитный по­ток пересекает воздушный зазор, проходит по зубцам и спинке статора, еще раз пересекает воздушный зазор, входит в клювообразные полюса другой полярности и замыкается через втулку и вал.

Рисунок 1 Автомобильный генератор переменного тока

При вращении ротора под каждым зубцом статора проходит попе­ременно то южный (S), то северный (N) полюс ротора, т. е. магнитный поток, пересекающий обмотку статора, изменяется по величине и на­правлению (рис. 2).

Рисунок 2 Изменение магнитного потока в генераторе переменного тока

При этом в обмотках фазы будет индуцировать­ся переменная по величине и направлению ЭДС, действующее значение которой равно:

где f − частота; w − число витков обмотки одной фазы; Ф − магнитный поток; − обмоточный коэффициент.

Частота ЭДС равна:

р - число пар полюсов: п — частота вращения.

Значение обмоточного коэффициента зависит от числа пазов стато­ра q, приходящихся на полюс и фазу:

.

где z – число пазов, m – число фаз.

В фазных обмотках статора генератора индуцируется ЭДС вида:

,

где - постоянный коэффициент.

У всех автомобильных генераторов отечественного производства и, за редким исключением, генераторов зарубежных фирм 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 n_дв определяется соотношением:

Характер изменения ЭДС в проводниках обмотки статора зависит от кривой распределения магнитной индукции в зазоре, которая опре­деляется формой полюса. Форму полюса делают такой, чтобы форма ЭДС приближалась к синусоиде.

По частоте переменного тока генератора можно измерять ча­стоту вращения коленчатого вала двигателя, что и используется в реальных схемах подключением тахометра или любого другого устройства, реагирующего на частоту вращения коленчатого вала, к выводу обмотки статора.

Обмотка статора как отечественных, так и зарубежных генераторов - трех­фазная. Она состоит из трех обмоток фаз, которые иногда называют просто фазами, токи и напряжения в которых смещены на 120 электрических градусов.

Фазы могут соединяться в «звезду» или «треугольник». При этом различают фазные и линейные напряжения и токи. Фазные напряжения действуют между выводами обмоток фаз, а токи протекают в этих обмотках, линейные напряже­ния действуют между проводами, соединяющими обмотку статора с выпрямите­лем. В этих проводах протекают линейные токи. Естественно, выпрямитель вы­прямляет те величины, которые к нему подводятся, т.е. линейные.

При соединении в «треугольник» фазные токи в раза меньше линейных, в то время как у «звезды» линейные и фазные токи равны. Это значит, что при том же отдаваемом генератором токе, ток в обмотках фаз при соединении в «треугольник» значительно меньше, чем у «звезды».

Поэтому в генераторах большой мощности довольно часто применяют соеди­нение типа «треугольник», т.к. при меньших токах обмотки можно наматывать более тонким проводом, что технологичнее. Однако линейное напряжение у «звезды» в раз больше фазного, в то время как у «треугольника» они равны, и для получения такого же выходного напряжения при тех же частотах враще­ния ротора «треугольник» требует соответствующего увеличения числа витков его фаз по сравнению со «звездой».

В автомобильных генераторах наибольшее применение нашли трех­фазные мостовые двухполупериодные схемы выпрямления и обмотки генератора соединены «звездой» (рис. 3). В этих схе­мах наиболее благоприятное соотношение между выпрямленной мощ­ностью Р_dи мощностью генератора Р(теоретически Р =1,045 Р_d). Трехфазная мостовая схема выпрямления обеспечивает относительно небольшие пульсации выпрямленного напряжения, что является од­ним из важных требований к автомобильным генераторам в связи с ши­роким применением электроники на автомобиле.

Рисунок 4 Мостовая трехфазная схема выпрямления:

а− электрическая схема; б − осциллограммы фазных и выпрямленного напряжений

К выпрямителю подается линейное напряжение генератора. Среднее значение выпрямленного напряжения равно:

Часто обмотки возбуждения генератора подключаются к собственному выпрямителю.

Для соединения фазных обмоток по схеме «звезда» справедливы следующие соотношения:

;

Выпрямленное напряжение пульсирует с частотой f_n, в 6 раз большей частоты переменного напряжения генератора:

Минимальное значение выпрямленного напряжения равно , а максимальное . Пульсация выпрямленного напряжения при соединении обмоток генератора по схеме «звезда»:

Среднее значение выпрямленного напряжения (период пульсации Т/6):

Следовательно, пульсация выпрямленного напряжения:

Например, при среднем значении выпрямленного напряжения 14 В пульсация равна 1,95 В. При этом максимальное значение выпрямленного напряжения равно 14,65 В, а минимальное – 12,7 В. Можно, например, определить, какова была амплитуда фазного напряжения генератора, если необходимо получить среднее значении выпрямленного напряжения 14 В:

Ток при подключении к выпрямителю активной нагрузки:

где R_н – сопротивление нагрузки.

Форма выпрямленного тока имеет такой же вид, как и выпрямленного напряжения, т.е. выпрямленный ток будет пульсирующим с амплитудой:

Среднее значение выпрямленного тока:

Поиск по сайту: