Генераторы переменного и постоянного электрического тока. Конструкция и области применения. Лещинский

В настоящее время на отечественных автомобилях устанавли­вают генераторы переменного тока. Это объясняется их большей надежностью, меньшей массой и способностью обес­печивать получение номинального на­пряжения и мощности при меньшей ча­стоте вращения коленчатого вала двига­теля. Однако большое количество авто­мобилей, работающих в автохозяй­ствах, имеют генераторы постоянного тока, а ряд зарубежных фирм продол­жает выпускать автомобили с такими генераторами.

Генератор постоянного тока (рис. 1, а) состоит из двух основных частей: неподвижного корпуса (статора), в ко­тором создается магнитное поле, и вращающегося в корпусе якоря 1 с обмот­ками, в которых индуцируется ЭДС. В каждой секции обмотки якоря ЭДС меняется по величине и направлению в зависимости от положения секции в магнитном поле.

Концы секции под­ключены к двум изолированным диаме­трально расположенным на коллекторе 2 пластинам (ламелям). При определен­ном положении секции ламели подходят к двум неподвижным медно-графитовым щеткам, снимающим напряжение с данной секции. Таким образом, к щет­кам всегда проводится напряжение, по­стоянное по величине и направлению. Магнитное поле создается •электро­магнитами. Обмотки электромагнитов, которые называются обмотками возбу­ждения 3, питаются током, вырабаты­ваемым генератором. Концы обмотки возбуждения подключены к щеткам ге­нератора 4 и 5, т. е. параллельно обмот­кам якоря. Такие генераторы называют­ся генераторами с параллельным само­возбуждением (шунтовыми). В начале работы генератора, пока ток в обмот­ках возбуждения отсутствует, магнитное поле, в котором вращается якорь, со­здается за счет остаточного магнетизма в сердечниках электромагнитов.

Генератор переменного тока (рис. 2, 6) состоит также из двух основных частей: статора с неподвижной обмот­кой, в которой индуцируется пере­менный ток. и ротора, создающего под­вижное магнитное поле. Полюсы рото­ра 10 поочередно проходят мимо непо­движных катушек, размещенных в пазах с внутренней стороны корпуса генерато­ра. При этом в сердечниках катушек, расположенных с внутренней стороны корпуса генератора, изменяется напра­вление магнитного потока, а следова­тельно, и направление индуцируемой в катушке ЭДС. Обычно число полюсов магнита на роторе и число катушек в корпусе такое, которое необходимо для получения трехфазного тока. У трехфазных генераторов обмотки ча­сто имеют одну общую точку — в ней соединяются их концы. Такая схема со­единения называется «звезда», а общая точка обмоток — «нулевой». Вторые концы 1—3 обмоток присоединяют к двухполупериодному выпрямителю. Магнитное поле ротора может созда­ваться постоянным магнитом или элек­тромагнитом. В последнем случае к об­мотке возбуждения электромагнита не­обходимо подводить постоянное напря­жение. Применение в роторе электро­магнитов усложняет конструкцию гене­ратора, так как требуется подводить напряжение к вращающейся детали, однако в этом случае возможно регулиро­вание напряжения при изменении ча­стоты вращения ротора.

Рис 1. Электрическая схема генератора

а-постоянного тока, б-переменного тока с постоянным магнитом

1-якорь, 2-коллектор,3-обмотка возбуждения,

4 и 5-щетки,6-регулятор напряжения,7-9-выводы обмотки

10-магнитный ротор, Я и Ш-клеммы

При использовании генераторов по­стоянного тока необходимо также огра­ничивать максимальную силу тока, чтобы защитить генератор от перегру­зок и отключать батарею от генерато­ра, если напряжение на его клеммах ни­же, чем на клеммах аккумуляторной батареи, чтобы батарея не разряжалась через обмотки генератора. Эти функции выполняют соответственно ограничи­тель тока и реле обратного тока.

Для регулирования напряжения гене­раторов используют вибрационные ре­ле, контактно-транзисторные и транзи­сторные регуляторы.

Регулирование напряжения генерато­ров постоянного тока осуществляется с помощью электромагнитных вибра­ционных реле. Обычно три электромаг­нитных реле, осуществляющих соответ­ственно регулирование напряжения, ограничение максимальной силы тока и отключение батареи от генератора при неработающем генераторе, объеди­няют в один блок, называемый реле-ре­гулятором.

В генераторах переменного тока с ро­стом частоты вращения ротора увеличи­вается частота изменения направления тока. Это приводит к увеличению ин­дуктивного сопротивления фазовых об­моток. Поэтому при частотах вращения ротора, обеспечивающих получение максимальной мощности генератора, сила тока не может превысить предель­ной величины. Это свойство генерато­ров переменного тока называют свой­ством «саморегулирования». Вследствие этого при применении генераторов переменного тока отпадает необходи­мость в ограничителях тока. Так как выпрямитель пропускает ток только в одном направлении - от генератора к аккумуляторной батарее, то отпадает необходимость и в реле обратного тока.

Генераторы переменного тока имеют ряд преимуществ по сравнению с генераторами постоянного тока. Ротор генератора переменного тока может вра­щаться с большей частотой, чем якорь генератора постоянного тока. При большой частоте вращения якоря гене­ратора постоянного тока ухудшается контакт между щетками и ламелями коллектора вследствие колебаний щеток при скольжении их по коллектору. Кро­ме того, под действием центробежных сил возможен выход обмоток из пазов якоря.

Щетки обмотки возбуждения генера­тора переменного тока скользят по сплошному кольцу, поэтому возможна работа с большей частотой вращения, а обмотка возбуждения надежно закре­плена под звездочками. Это позволяет увеличить передаточное число а приво­де от коленчатого вала двигателя к ге­нератору, а следовательно, напряжение на клеммах генератора переменного тока достигает номинальной величины при меньшей частоте вращения коленчатого вала, чем в генераторах постоянно­го тока. При этом уменьшается продол­жительность питания потребителей то­ком аккумуляторной батареи, улуч­шаются условия ее работы, а срок службы увеличивается.

Щеточный узел генератора перемен­ного тока более долговечен, так как щетки скользят по сплошному кольцу и через них проходит лишь ток возбу­ждения. У генератора постоянного тока щетки соприкасаются с коллектором, состоящим из отдельных ламелей, и че­рез щетки проходит ток нагрузки. Та­ким образом, генераторы переменного тока более надежны, а объем их техни­ческого обслуживания меньше, чем у ге­нераторов постоянного тока. Кроме то­го, генераторы переменного тока при той же мощности имеют меньшие габа­ритные размеры и массу по сравнению с генераторами постоянного тока.

Поиск по сайту: