Генераторная Установка Автомобиля и Схема Генератора|АвтоЦентр

menu
person

Генераторная Установка Автомобиля и Схема Генератора

Генераторная установка предназначена для электропитания всех имеющихся потребителей и подзаряда аккумуляторной батареи при работающем двигателе во всем диапазоне его скоростного режима. В существующих конструкциях генераторные установки рассчитаны на номинальное напряжение 14 или 28 В, однако в некоторых случаях возможна установка двухуровневой системы. Включение генераторной установки в бортовую сеть осуществляется по однопроводной схеме, которая предусматривает соединение отрицательного плюса с металлическим корпусом автомобиля и разветвление положительного полюса посредством проводов. В состав генераторной установки входят генератор и встроенный в него регулятор напряжения.

Генератор предназначен для обеспечения электропитания бортовой сети автомобиля постоянным током. Однако преобразование механической энергии в электрическую возможно только на основе переменного тока. Выпрямление переменного тока или преобразование его в постоянный осуществляется посредством полупроводниковых выпрямительных диодов.

Привод генератора осуществляется посредством клиноремённой передачи от коленчатого вала двигателя.

Конструкция автомобильного генератора, показанного на рис. 10.1, предусматривает наличие несущего неподвижного статора, в котором размещена силовая обмотка якоря 9 и вращающегося внутри него ротора 4, содержащего обмотку возбуждения. Контакты обмотки возбуждения подключены к двум латунным кольцам, расположенным на валу ротора и изолированным от массы генератора. Ток возбуждения подается на эти кольца посредством двух угольных щеток. Магнитопровод 3 генератора для уменьшения действия вихревых токов выполняется из набора пластин электротехнической стали, изолированных одна от другой. Ротор 4 генератора состоит из нескольких пар клювообразных полюсов, от которых на статор поступает магнитный поток возбуждения.

Рисунок 10.1 — Схема генератора переменного тока с электромагнитным возбуждением:

1 — передний подшипник ротора; 2 — передняя крышка;

3 — магнитопровод силовой обмотки; 4 — ротор; 5 — регулятор напряжения; 6 — блок выпрямителей; 7 — задний подшипник ротора; 8 — задняя крышка;

9 — силовая обмотка статора; 10 — приводной шкив

При включении замка зажигания на обмотку возбуждения, расположенную в роторе 4, подается ток от аккумуляторной батареи. Проходя по обмотке возбуждения, этот ток создает магнитный поток возбуждения, который распределяется по клювообразным полюсам 4 соответствующей полярности. Выходя из полюсов, магнитный поток пересекает воздушный зазор, входит в клювообразные полюса другой полярности и замыкается через втулку ротора и вал.

В результате вращения ротора под каждым зубцом статора проходит попеременно то положительный, то отрицательный полюс, отчего магнитный поток, пересекающий обмотку статора, изменяется по величине и направлению по закону, близкому к синусоидальному. При этом в обмотках каждой фазы будет индуцироваться переменная по величине и направлению ЭДС. Возникновение такой электродвижущей силы определяет появление на выводных клеммах силовой обмотки 9 синусоидальных импульсов тока с фазовым сдвигом под углом 120°. Выпрямление импульсов переменного тока производится посредством блока выпрямителей 6 по двухполупериодной схеме посредством диодов УД1 — УД6, как показано на рис. 10.2.

Схема включения генератора

Рисунок 10.2 — Схема включения генератора:

Г — генератор; VД1 — VД3 — выпрямительные диоды;

Б — аккумуляторная батарея; 

ОВ — обмотка возбуждения генератора; PH — регулятор напряжения

В качестве основных оценочных потребительских свойств автомобильного генератора выступают его электрическая мощность, КПД и механическая мощность, отбираемая у двигателя для привода генератора.

В современных конструкциях КПД генератора находится в пределах = 0,65-0,85; КПД ремённой передачи = 0,96-0,98.

Регулятор напряжения предназначен для обеспечения стабилизации напряжения, выдаваемого генератором на заданном уровне. В основу принципа автоматической стабилизации напряжения генератора положен процесс функционального изменения магнитного потока возбуждения со следящим действием по уровню требуемого напряжения. При этом такие факторы, как частота вращения ротора, ток нагрузки, могут быть переменными и, в свою очередь, вызывать изменения магнитного потока возбуждения, однако этот поток в любом случае должен быть таким, чтобы обеспечивать величину выходного напряжения генератора в пределах заданного уровня, с колебаниями, как правило, не более ±0,3 В.

Для выполнения указанной задачи в схему системы электроснабжения вводится специальное устройство — регулятор напряжения, осуществляющее функцию стабилизатора напряжения бортовой сети автомобиля.

При разных частотах вращения ротора и переменных нагрузках постоянство напряжения можно получить изменением магнитного потока возбуждения, определяемого функционально изменяемой величиной тока возбуждения. При этом ток возбуждения должен быть тем меньше, чем выше частота вращения ротора генератора. Кроме этого, при возрастании тока нагрузки генератора ток его возбуждения должен увеличиваться

Изменение тока возбуждения генератора

Рисунок 10.3 — Изменение тока возбуждения генератора в зависимости от частоты вращения ротора и и тока I нагрузки генератора

В современных условиях задачу по стабилизации напряжения генератора выполняет интегральный регулятор напряжения, выполняемый на основе аналоговой микросхемы, осуществляющей изменение тока возбуждения со следящим действием по напряжению на контрольной точке КТ1, как представлено на рис. 10.3 по схеме включения регулятора напряжения в цепь возбуждения генератора.

Рабочий процесс интегрального регулятора напряжения, включаемого по схеме, показанной на рис. 10.4, осуществляется следующим образом.

Измерительным элементом регулятора является стабилитрон VD1, который в зависимости от уровня регулируемого напряжения U может находиться в одном из двух состояний: пробитом или непробитом (закрытом). Регулятор выполнен на основе использования кремниевых полупроводниковых элементов, допускающих стабильную работу при больших температурных нагрузках. В микросхеме используются транзисторы типа n — р — n (негатив — позитив — негатив). Обмотка возбуждения генератора в данном случае включена между положительным полюсом генератора через регулятор и массой. Обе щетки обмотки возбуждения генератора изолированы от массы.

Схема рабочего процесса регулятора

Рисунок 10.4 — Схема рабочего процесса регулятора напряжения генератора

При напряжении генератора ниже порогового Um™ стабилитрон VD1 находится в закрытом (непробитом) состоянии. В этом случае управляющий транзистор VT2 закрыт, поскольку на его базу не подается положительный потенциал. Соответственно, транзистор VT4 открыт, поскольку на его базу подается по-ложительное напряжение по цепи R5 и VD3. Такое состояние промежуточного транзистора VT4 способствует открытию выходного транзистора VT5. При открытом выходном транзисторе VT5 регулятора ток возбуждения проходит от положительного полюса генератора (батареи) через обмотку возбуждения, открытый транзистор VT5 и замыкается на массу, то есть в данном случае достигает наибольшей величины. Это способствует росту магнитного потока возбуждения, что соответствующим образом повышает величину напряжения генератора.

При повышении напряжения генератора выше порогового Umin напряжение на контрольной точке КТ1 делителя напряжения превысит напряжение пробоя стабилитрона, в результате чего стабилитрон перейдет в пробитое (открытое) состояние. В этом случае по цепи через резистор R1 и пробитый стабилитрон УД1 на базу управляемого транзистора VT2 будет подано положительное напряжение, отчего он переключится в открытое состояние. Открытие транзистора VT2 влечет за собой поочередное закрытие промежуточного VT4 и выходного VT5 транзисторов. Ток возбуждения генератора при этом уменьшится, и величина его будет определяться величиной сопротивления коллекторно-эмитгерного перехода не полностью закрытого выходного транзистора VT5.

Уменьшение тока возбуждения влечет за собой уменьшение магнитного потока возбуждения и соответствующее снижение напряжения генератора. При уменьшении напряжения генератора снижается напряжение на контрольной точке КТ1 делителя, отчего стабилитрон VD1 снова переходит в закрытое (непробитое) состояние, и процесс повторяется с определенной частотой порядка 200-300 Гц.

Диод VD3 улучшает процесс запирания выходного и промежуточного транзисторов VT4 и VT5 вследствие дополнительного падения напряжения на этом диоде.

Диод VD6 осуществляет гашение токов самоиндукции, возникающих в обмотке возбуждения генератора при переключениях регулятора, а также защищает выходной транзистор VT5 от перенапряжения в момент его переключения в режим отсечки тока.

Емкостно-резистивная цепь обратной связи R4 — С1 повышает четкость переключения транзисторов регулятора и уменьшает время их перехода из одного состояния в другое. Цепь R3 — С2 — R6 осуществляет роль фильтра на базе транзистора VT2, сглаживающего напряжения от колебаний, обусловленных работой схемы выпрямителя генератора.

Для ликвидации влияния на напряжение генератора окружающей температуры в одно из плеч делителя включен терморезистор R2.

Современная технология изготовления микросхем позволяет осуществлять конструктивное исполнение регулятора в виде замкнутого герметичного объема на металлической пластине — основании регулятора. Активные элементы схемы выполняются в виде защищенных блоков, пассивные (резисторы, конденсаторы, провода) — по толстоплёночной технологии на керамической основе. При изготовлении схема регулятора настраивается на требуемый уровень напряжения методом лазерной подгонки. Регулятор выполняется в пластмассовом корпусе с тремя выводами, обычно имеющими буквенные обозначения типа «В», «Ш»

и «-», и размещается в щеткодержателе генератора. Напряжение генератора в эксплуатации не регулируется, и ремонту такой регулятор не подлежит.

Однако в некоторых случаях, при эксплуатации автомобилей в климатических зонах с большой разностью летних и зимних температур воздуха, регуляторы напряжения оборудуются, как показано на правой части рис. 10.5, посезонными корректорами с двумя положениями: «л»— «лето» и «з»— «зима». При этом в условиях летней эксплуатации генератор обеспечивает напряжение бортовой сети на уровне 13,6-13,8 В, а при зимней эксплуатации такое напряжение поднимается до 14,8-15,0 В. Такое решение позволяет снизить электрическую нагрузку на аккумуляторную батарею и продлить срок её службы в суровых условиях эксплуатации.

Интегральные регуляторы напряжения

Интегральные регуляторы напряжения

Рисунок 10.5 — Интегральные регуляторы напряжения отечественного производства

Для надежной работы электронных регуляторов необходима их приспособленность к работе в условиях нарушения нормальных режимов работы: кратковременная и длительная работа при отключенной батарее, искрение в контактах стартера при пуске двигателя, нарушение контактных соединений в цепи возбуждения. В связи с этим повышенные требования предъявляются как к цепям фильтрации управляющих напряжений, так и к выходному триоду, который должен выдерживать возникающие при аномальных режимах импульсные перегрузки по напряжению, которые могут достигать величины 150-200 В.

Токоскоростная характеристика генератора, работающего с регулятором напряжения, показана на рис. 10.6 и представляет собой зависимость тока генератора Ir, подаваемого на питание нагрузки от частоты n вращения ротора. Характеристика снимается при условии, что весь ток генератора идет на питание нагрузки и напряжение является постоянным. По данной характеристике можно определить номинальную рабочую частоту вращения ротора np, которая соответствует номинальному рабочему току генератора Ip, достаточному для питания потребителей в преобладающем эксплуатационном режиме работы автомобиля. Также по данной характеристике можно определить частоту nx, определяющую начало отдачи тока генератором, максимальный ток генератора и соответствующий ему диапазон частоты вращения ротора.

Токоскоростная характеристика генератора

Рисунок 10.6 — Токоскоростная характеристика генератора

Как видно из рис. 10.6, современные генераторы обладают свойством самоограничения максимального тока и не требуют защиты от перегрузки по току. Это свойство самоограничения тока генератора проявляется в двух случаях: при увеличении тока нагрузки и при росте частоты вращения ротора.

При увеличении тока нагрузки увеличивается магнитный поток статора, противодействующий магнитному потоку ротора, в результате чего результирующий магнитный поток в зазоре между обмотками статора и ротора стабилизируется на уровне, обеспечивающем прекращение дальнейшего роста тока генератора Ir.

При увеличении частоты вращения ротора в силовой обмотке статора возрастает частота индуктируемого в ней переменного тока, что вызывает увеличение её индуктивного сопротивления, в результате чего также происходит ограничение отдаваемого обмоткой статора тока генератора на уровне не выше максимального значения.

По токоскоростной характеристике можно осуществить подбор генератора к автомобилю по нахождению точки Р касания прямой линии, исходящей из нулевой точки, кривой линии тока. Расположение точки Р можно корректировать с учётом возможных характеристик двигателя путем изменения передаточного числа привода генератора (подбором шкивов разного диаметра).

Привод генератора осуществляется от коленчатого вала двигателя посредством ремённой передачи с использованием клиновых или плоских ремней, как показано на рис. 10.7. В любом случае установка генератора на двигателе должна предусматривать возможность натяжения приводного ремня.

Выполнение обмоток генератора проводами из медных сплавов, обладающих определёнными величинами удельных сопротивлений, обуславливает сопровождение рабочего процесса генератора тепловыделением. Наличие такого тепловыделения, а также присутствие генератора возле нагретого двигателя вызывает необходимость вентиляции его внутренних полостей с целью отвода тепловых потерь обмоток в атмосферу.

Генераторная установка

Рисунок 10.7 — Размещение генератора на двигателе

Передаточное число привода генератора UT, определяемое по отношению диаметра ведомого шкива генератора dr к диаметру приводного шкива коленчатого вала dKB,

Обычно Ur = 0,3—1,2. В целях снижения массогабаритных параметров генераторов при сохранении их выходных электрических характеристик современные конструкции генераторов выполняются высокооборотными, требующими ускоряющей передачи привода. При этом, как показано на рис. 10.7, вместе с генератором от коленчатого вала двигателя могут осуществляться приводы и других вспомогательных механизмов.

Мы будем рады если Вы ответите на вопрос: "Помогла ли Вам статья?"
0       0
Категория: Двигатель | Добавил: autodromcar (15.11.2019)
Просмотров: 107 | Теги: Поток, Регулятор, генератор, напряжение, возбуждение, Ток, транзистор, Ротор, магнитный, Обмотка | Рейтинг: 0.0/0

Похожие материалы Похожие материалы

Всего комментариев: 0
avatar