Содержание
Предыдущий § Следующий

26.2. Генераторы

На автомобилях, тракторах, самоходных сельскохозяйственных машинах, тяжелых и средних мотоциклах, где используется стартерный запуск двигателей внутреннего сгорания, устанавливаются аккумуляторные батареи. В этом случае используется система электрооборудования постоянного тока.

На легких мотоциклах (объем цилиндров 125—175 см³), мопедах, велосипедах, где нет электрического запуска и аккумуляторных батарей, используется более простая и дешевая система электрооборудования переменного тока переменной частоты.

В качестве основных источников системы электрооборудования постоянного тока используются или вентильные генераторы (синхронные генераторы, работающие на сеть постоянного тока через выпрямитель), или коллекторные генераторы постоянного тока.

Для питания потребителей в системе электрооборудования переменного тока (в основном светотехнического оборудования, системы зажигания) используют различные типы однофазных синхронных генераторов с возбуждением от постоянных магнитов.

26.2.1. Специальные требования к генераторам

Кроме общих требований, изложенных в § 26.1 и относящихся ко всему автотракторному электрооборудованию, к автотракторным генераторам предъявляется ряд специальных требований, отражающих специфику их работы, состоящую главным образом в том, что они приводятся во вращение двигателем подвижного объекта, режим работы которого, прежде всею скоростной, определяется условиями движения. Границы диапазона изменения частот вращения для тракторных генераторов соотносятся в пределах 1:4, для автомобильных - 1:12. Поэтому в отличие от генераторов общего назначения, характеризующихся одной номинальной частотой вращения, для автотракторных генераторов специфичной является токоскоростная характеристика (ТСХ), представляющая собой зависимость наибольшего тока, отдаваемого генератором при заданном напряжении (номинальном, а в ряде случаев — неноминальном), от частоты вращения.

В технических материалах и документации часто указывается не вся ТСХ, а лишь ее отдельные точки, к которым относятся частота вращения при холостом ходе щ и частота вращения при номинальном токе нагрузки я„ом- Последний параметр характерен для генераторов постоянного тока коллекторного типа, так как они работают в комплекте с ограничителем тока, защищающим их от перегрузки, и при частотах вращения выше и„_ом наибольший ток не может превышать номинального.

Вентильные генераторы, обладающие самоограничением, характеризуются наибольшим током 1_тах, который они могут отдать при заданных напряжении и частоте вращения. Для автомобильных генераторов и некоторых типов тракторных генераторов Imax указывается при частоте вращения 5000 об/мин.

В качестве промежуточной точки ТСХ чаще всего указывается частота вращения при расчетном токе нагрузки, равном ^г1^1_тпх-

Максимальный ток, умноженный на номинальное напряжение, определяет номинальную мощность автомобильных генераторов. Необходимость нормирования характерных точек ТСХ связана с тем, что генератор значительное время работает при малых частотах вращения, отдавая неполную мощность потребителям. При этом в системе электрооборудования постоянного тока часть нагрузки берет на себя аккумуляторная

батарея, которая в этом случае разряжается.

Если характерные точки ТСХ выбраны неправильно (слишком велика частота вращения щ, мал максимальный ток), разряд аккумуляторной батареи превышает допустимые пределы, что препятствует надежному запуску двигателя подвижного объекта и снижает срок службы аккумуляторных батарей.

То, что автотракторные генераторы проектируются для работы в широком диапазоне частот враакния, снижает их использование по массе в сравнении с генераторами, рассчитанными на постоянную частоту вращения. Переменной является и нагрузка генераторов. Она определяется мощностью и числом включенных в данный момент времени потребителей, что зависит от дорожных условий, режима движения, времени года, времени суток, а также от состояния аккумуляторной батареи.

При переменной частоте вращения и переменной нагрузке напряжение должно быть стабильным. Поэтому большинство генераторов работают с регуляторами напряжения, поддерживающими напряжение с точностью не хуже ± 4 %. Регулирование напряжения генераторов с электромагнитным возбуждением производится изменением тока возбуждения генератора, при этом ток возбуждения не должен быть больше допустимого для выбираемого типа регулятора напряжения.

Генератор должен быть защищен от пе-ретрузок. Предельная нагрузка генератора определяется нагревом самого генератора и встроенных в него выпрямителей и регуляторов напряжения. Вентильные генераторы, а также генераторы переменного тока должны иметь самоограничение, чтобы максимальный ток при любой частоте вращения не превышал допустимого по нагреву значения.

У коллекторных 1енераторов постоянного тока максимальный ток при больших частотах вращения заметно (при максимальной частоте вращения в 2 — 3 раза) превышает допустимый по нагреву, поэтому коллекторные генераторы должны работать с ограничителями тока.

Для снижения массогабаритных показателей генераторы имеют интенсивный обдув. Автомобильные генераторы снабжаются центробежными вентиляторами, обеспечивающими внутреннюю осевую вентиляцию. У тракторных генераторов последних разработок наряду с осевой внутренней вентиляцией применяется наружный обдув по корпусу от вентилятора двигателя или собственного осевого вентилятора. Мотогенераторы

охлаждаются встречным потоком воздуха при движении.

Резкие и частые изменения частоты вращения требуют от привода генератора наличия амортизирующих свойств. Таким свойством обладает ременная передача, связывающая валы автотракторного генератора и приводного двигателя. Исключение составляет привод генераторов повышенной мощности, где встречается привод через муфту (генератор 11.370! трактора ТЗЗО и др.). У мотоциклетных генераторов допускается шестеренчатый привод.

26.2.2. Особенности испытаний генераторов

В специфику испытаний вентильных и коллекторных автотракторных генераторов входит экспериментальное определение ТСХ или отдельных ее характерных точек.

Эти испытания сводятся к выявлению частот вращения, соответствующих наперед заданным напряжению и току нагрузки генератора, или к определению тока, отдаваемого генератором при наперед заданных напряжении и частоте вращения.

Токоскоростные характеристики могут определяться в «холодном» и «горячем» состояниях генератора. Под холодным понимают такое состояние генератора, при котором температура его узлов практически равна температуре окружающей среды (20 + 5 °С). Поскольку при снятии характеристик генератор нагревается, время эксперимента должно быть минимальным (не более 1 мин), а повторный эксперимент должен производиться после того, как температура узлов вновь станет равной температуре окружающей среды (не ранее чем через 2 ч).

Для снятия точек ТСХ в «горячем» состоянии генератор предварительно нагревается за счет выделяющихся в нем потерь при работе в заданном режиме и температуре окружающей среды 20 ± 5 °С. После достижения установившегося теплового состояния, при котором температура узлов генератора изменяется не более чем на 1 °С за 30 мин или отдаваемый ток не более чем на 0,5 А за 5 —10 мин при заданных частоте вращения и напряжении, производится снятие точки ТСХ.

Рекомендуется ТСХ определять по пяти измерениям в диапазоне от максимального тока нагрузки до холостого хода. При этом установившегося теплового состояния добиваются в каждой из измеряемых точек.

Практически тепловое состояние устанавливается через 1 ч работы в данном режиме.

Характерные точки ТСХ в «холодном» состоянии определяются при приемо-сдаточ-ных испытаниях, в «горячем» состоянии — при типовых и периодических испытаниях.

Современные генераторы выпускаются с встроенными регуляторами напряжения. Наличие регулятора оказывает существенное влияние на результаты экспериментов по снятию ТСХ, так как, во-первых, падение напряжения на полупроводниковых элементах в цепи обмотки возбуждения снижает отдачу генератора и, во-вторых, вступление регулятора в работу при напряжении ниже номинального (в пределах точности работы регулятора) не позволяет снять ТСХ при номинальном напряжении. Поэтому при приемо-сдаточных испытаниях характерные точки ТСХ определяют для генераторов с номинальным напряжением 14 В при напряжении 12,5 или 13 В, а с номинальным напряжением 28 В — при 25 или 26 В.

При типовых и периодических испытаниях характерные точки ТСХ определяют при номинальном напряжении, для чего регулятор напряжения специально перестраивается. Если такая перестройка невозможна, то эксперименты проводят при пониженном напряжении, что оговаривается в ТУ на данный генератор.

Генераторы переменного тока, предназначенные для питания осветительной аппаратуры и цепей зажигания, испытываются в комплекте с активным сопротивлением, имитирующим нагрузку от осветительной аппаратуры, и системой зажигания, нагруженной на стандартный трехэлектродный игольчатый разрядник.

Активное сопротивление нагрузки не должно иметь отклонения значения величины от номинала с учетом нагрева до практически установившейся температуры при прохождении тока более чем на ± 1 %.

Напряжение в цепи питания осветительной аппаратуры должно быть не ниже заданного при минимальной частоте вращения и не выше заданного при максимальной частоте.

По цепи зажигания проверяется бесперебойность искрообразования в трехэлектрод-ном игольчатом разряднике при работе генератора в заданном диапазоне частот вращения.

Перед проверкой электрических характеристик генератора магнит ротора стабилизируется кратковременными замыканиями цепей освещения в пределах 25 — 30 раз.

26.2.3. Генераторы постоянного тока

Генераторы постоянного тока (ГПТ) на автомобилях и тракторах в настоящее время применяются все реже. Основные технические данные наиболее распространенных ГПТ приведены в табл. 26.4.

Конструкция типового ГПТ представлена на рис. 26.1. Корпус генератора изготовляется из полосовой малоуглеродистой стали. Отверстия в корпусе для установки щеток закрываются защитной лентой. Отлитые из чугуна или алюминиевого сплава крышки стягиваются между собой двумя болтами. Полюсы, изготовленные штамповкой из цилиндрической заготовки, с надетыми на них обмотками возбуждения закреплены на корпусе винтами. Как правило, ГПТ — двухполюсные. Один вывод обмотки возбуждения соединен с отрицательной щеткой, другой — с выводом Ш ГПТ.

Сердечник якоря, набранный из пластин электротехнической стали толщиной 0,5 — 1 мм, изолированных друг от друга только окалиной, напрессован на вал. Коллекторы ГПТ изготовляются на пластмассе. Щеткодержатели реактивного типа крепятся на крышке со стороны коллектора заклеп-

ками. В ГПТ используются в основном щетки марок ЭГ-13 и ЭГ-13П.

В задней и передней крышках автомобильных генераторов имеются вентиляционные окна, через которые центробежный вентилятор, расположенный на приводном шкиве, протягивает воздух через генератор.

Отличием большинства тракторных и мотоциклетных генераторов от автомобильных является отсутствие вентиляционных окон в крышках и вентиляторов, так как охлаждение генератора осуществляется потоком воздуха от вентилятора двигателя или встречным потоком воздуха при движении.

26.2.4. Вентильные генераторы

Вентильный генератор (ВГ) — основной тип генератора, применяющийся сейчас на автомобилях и тракторах. Фактически современный ВГ представляет собой генераторную установку, поскольку в него кроме выпрямителя встроен регулятор напряжения. На рис. 26.2 представлена схема генераторной установки автомобиля.

Установка состоит из собственно генератора, выпрямителя и регулятора напряжения. Силовой выпрямитель дополнен тре-

х\\\\\\\х\\ч\\\\\ч\\\\х

Рис. 26.1. Автомобильный генератор постоянного тока: 1 — вывод; 2 — шкив-вентилятор; 3 — крышка, 4 — якорь; 5 — корпус

Таблица 26.4. Технические данные генераторов постоянного тока

Примечание. Все ГПТ, за исключением Г80, Г180Г, Г81Д, Г115, Г214А1, Г414, используются в автомобилях, Г80, Г180Г, Г81Д, Г115, Г214А1 -в тракторах, Г414 - в мотоциклах.

мя диодами выпрямителя обмотки возбуждения, что предотвращает возможность разряда аккумуляторной батареи на обмотку возбуждения при неработающем двигателе автомобиля. Выходной транзистор регулятора напряжения работает в ключевом режиме, изменяя ток в обмотке возбуждения так, чтобы напряжение генераторной установки оставалось практически неизменным при всех частотах вращения и нагрузках. Вентильные автомобильные и мотоциклетные генераторы выполняются с не-

Рис. 26.2. Схема генераторной установки автомобиля ВАЗ-2108:

1 — генераторная установка; 2 — обмотка статора; 3 — обмотка возбуждения; 4 — силовой выпрямитель; 5 — выпрямитель обмотки возбуждения; б — регулятор напряжения (Б, В, М, Ш — выводы регулятора) ; 7 — конденсатор подавления радиопомех; 8 - аккумуляторная батарея; 9 - замок-выключатель

подвижным якорем и вращающимся индуктором с клювообразной магнитной систе.мой и контактными кольцами для подвода тока к обмотке возбуждения. Вентильные тракторные генераторы выполняются индукторными с одноименными полюсами.

Большинство В Г выполняются трехфазными, однако выпускаются тракторные ВГ мощностью 1—2 кВт в пятифазном исполнении. Схема выпрямления переменного тока — мостовая.

Технические данные основных типов выпрямительных блоков приведены в табл. 26.5, где указаны также типы генераторов, с которыми работает данный блок.

Габаритные и присоединительные размеры автомобильных ВГ устанавливает ГОСТ 13608-79, тракторных ВГ - ГОСТ 13054-80 (табл. 26.6).

Типовая конструкция автомобильного ВГ представлена на рис. 26.3. Генератор состоит из статора, ротора, крышек, выпрямительного блока, регулятора напряжения, шкива, вентилятора. Статор набирается из листов электротехнической стали толщиной 0,5 — 1 мм. На внутренней поверхности статора расположены пазы с размещенной в них трехфазной обмоткой. У автомобильных ВГ применяют 18, 36 и 72 паза. Обмотка выполняется как катушечной (q = 0,5), так и распределенной (q = 1; 2). Ротор состоит из вала, двух фланцев с клювами, втулки, об-

Рис. 26.3. Автомобильный вентильный генератор

29.3701:

/ — статор. 2 — фланцы с клювами; i ~ выпрямитель; 4 — контактные кольца; 5 — щеткодержатель со щетками, 6 — регулятор напряжения; 7 — обмотка возбуждения

мо1ки возбуждения и контактных колец. Фланцы с клювами образуют магнитную систему индуктора с 6 парами полюсов. Встречаются конструкции, у которых втулка, разъединенная по длине на две части, изготовляется заодно с фланцами. Контактные кольца с пластмассовой арматурой напрессованы на вал. Крышки, отлитые из алюминиевого сплава, имеют вентиляционные отверстия. В крышках размещены шарикоподшипники с одноразовой смазкой. На зад-

ней крышке закреплены пластмассовый ко-робчагый щеткодержатель, вызодные болты и выпрямительный блок, состоящий из кремниевых диодов и теплоотводов.

У генераторов, имеющих встроенный регулятор напряжения, он закреплен на щеткодержателе. Для автомобильных ВГ применяются обычно щегки марок Ml А и ЭГ51А.

Технические данные основных типов автомобильных ВГ представлены в табл. 26.7.

Таблица 26.6. Габаритные и установочно-присоединительные размеры, мм, вентильных генераторов

Примечания: 1. Угол ф (см. рисунок) для автомобильных ВГ — 41°, для тракторных ВГ — 0. 2. Размер (/30 указывается для автомобильных ВГ как максимальный диаметр задней крышки, для тракторных генераторов — как внешний диаметр статора.

Мотоциклетные ВГ (табл. 26.7) выпускаются двух типов: Г424 для тяжелых мотоциклов с объемом цилиндров 650 — 750 см³ и 28.3701 для средних мотоциклов 250 — 350 смз.

Мотоциклетные ВГ имеют магнитную систему, аналогичную автомобильным ВГ, но отличаются от них отсутствием протяжной вентиляции. Генератор Г424 имеет фланцевое крепление, выносной регулятор напряжения, встроенный выпрямительный блок, охлаждаемый собственным вентилятором, расположенным на валу генератора. Другие узлы генератора охлаждаются встречным потоком воздуха при движении мотоцикла.

У генератора 28.3701 ротор консольной конструкции закреплен на валу двигателя мотоцикла. Генератор работает в комплекте

с вынесенным блоком БПВ 14-10, совмещающим в себе трехфазный мостовой выпрямитель и тиристорный регулятор напряжения.

Вентильные тракторные генераторы (табл. 26.7) изготовляются по ГОСТ 13054-80 в бесконтактном исполнении со степенью защиты IP3X или IP1X. Они представляют собой одноименнополюсную индукторную электромашину с аксиальным магнитным потоком. На рис. 26.4 представлена конструкция тракторного ВГ типа 13.3701.

Конструкция статора в принципе не отличается от конструкции автомобильного ВГ, с той лишь разницей, что в статоре тракторного ВГ применяются только открытые пазы. Ротор выполнен в виде шести лучевой звездочки. Пакет звездочки набран из стальных пластин толщиной 0,5 — 1 мм.

аблица 26.7. Технические данные вентильных генераторов

Продолжение табл. 26.7

Примечание. Все регуляторы напряжения, за исключением регуляторов типа РР, располагаются в генераторе.

Рис. 26.4. Тракторный вентильный генератор:

/ — блок регулятора; 2 — статор; 3 — ротор; 4 — обмотка возбуждения; 5 — выпрямительный блок

В передней крышке, изготовленной из маг-нитомягкого материала (сталь 08Ю), размещен индуктор, состоящий из стальных фланца и втулки, на которую надет каркас обмотки возбуждения. Задняя крышка из алюминиевого сплава несет на себе блок БПВ 13-3, содержащий регулятор напряжения и выпрямитель обмотки возбуждения. Силовой выпрямитель БПВ 30 расположен на передней крышке.

В вентильных генераторах, работающих с вынесенным регулятором напряжения (Г306), блок БПВ 13-3 отсутствует.

Генераторы мощностью 1 кВт и более — 15.3701, 12.3701, 11.3701 -имеют магнитную систему, аналогичную генератору 13.3701. Пятифазное исполнение ВГ позволяет снизить уровень пульсации выпрямленного напряжения и применить в выпрямительных блоках всех типов тракторных ВГ мощностью от 400 до 2000 Вт унифицированный выпрямительный элемент — диод Д104.

Выпрямительный блок тракторного ВГ мощностью 1 кВт и более закреплен на задней крышке и охлаждается собственным центробежным вентилятором, установленным на валу генератора.

Генератор 46.3701 (аналогичный ему по конструкции генератор 54.3701 работает в комплекте с вынесенным регулятором напряжения РР362Б1) отличается от других типов тракторных ВГ наличием внутренней осевой вентиляции по типу автомобильного ВГ, а также смешанным магнитоэлектро-магнитным возбуждением.

Шесть изотропных магнитов из феррита бария, залитых алюминиевым сплавом в ког-теобразную конструкцию, фланец которой при сборке ротора закрепляется на валу генератора, располагаются между зубцами ротора.

Выпрямительный блок, так же как у автомобильного ВГ, закреплен во внутренней полости генератора, а регулятор напряжения — на его задней крышке.

Пластмассовая крышка с отверстиями защищает узел регулятора напряжения от повреждений и препятствует проникновению во внутреннюю полость генератора крупных частиц пыли и грязи.

Технические данные тракторных ВГ приведены в табл. 26.7.

26.2.5. Генераторы переменного тока

Генераторы переменного тока (ГПРТ) применяются в тех случаях, когда двигатели внутреннего сгорания не оборудованы стар-терным пуском: на легких мотоциклах, мопедах, велосипедах. Ранее ГПРТ широко применялись на тракторах, сейчас же поставляются для тракторов только как запчасти.

Все ГПРТ являются однофазными синхронными электромашинами, возбуждаемыми постоянными магнитами. Регулирование напряжения ГПРТ осуществляется или параметрически с разделением цепей питания нагрузок, или стабилизаторами напряжения. Генераторы переменного тока рабо-

Рис. 26.5. Схема мотоциклетной генераторной установки со стабилизатором напряжения

тают в основном на лампы накаливания, т. е. на активную нагрузку.

При параллельном подключении нескольких потребителей к обмотке якоря выключение любой нагрузки приводит к увеличению общего сопротивления и напряжения на других потребителях. Чтобы исключить это влияние, производят разделение цепей питания: каждую нагрузку (лампу) включают на свою катушку или группу катушек обмотки якоря. Каждая катушка или группа катушек проектируется на мощность присоединенной к ней нагрузки. Однако стабильность напряжения генераторов с параметри-

ческим регулированием невысока, поэтому все более широкое применение находят ГПРТ со стабилизаторами напряжения.

Стабилизатор напряжения представляет собой электронное тиристорное устройство, закорачивающее обмотку статора в один из полупериодов переменного тока на время, обеспечивающее стабильность действующего значения напряжения на нагрузке.

На рис. 26.5 представлена схема генераторной установки 26.3701 со стабилизатором напряжения.

К особенностям ГПРТ, применяемых для мотоциклов и мопедов, относится агрегатирование их с элементами системы зажигания. На крышке генератора закрепляют обмотку датчика зажигания с магнитопрово-дом, а ротор датчика с постоянным магнитом конструктивно сочленяют с ротором генератора. На зубцах статора, катушки которых питают цепь зажигания, располагают магнитные шунты для оптимизации характеристик системы зажигания.

Если генератор агрегатирует с датчиком зажигания, то в технической документации на генератор оговаривают выходные характеристики по цепи датчика — амплитуду напряжения холостого хода при заданной

* Генератор имеет кроме цепей зажигания и освещения цепь сигнализатора торможения ** То же и цепь указателя поворота.

Примечание. В генераторах 26 3701 и 43.3701 регулирование напряжения осуществляется стабилизаторами напряжения, в остальных — параметрически

частоте вращения (обычно минимальную частоту вращения по диапазону бесперебойного зажигания) и амплитуду тока короткого замыкания.

Все ГПРТ для мотоциклов и мопедов имеют консольную конструкцию ротора, который крепится на вал двигателя. Генератор Г420 выполнен маховичного типа - его ротор охватывает статор с внешней стороны. Магниты ротора из материала ЮН14ДК24 вставлены в магнитопровод и объединены с ним в монолитную конструкцию заливкой алюминиевым сплавом.

Остальные типы ГПРТ для мотоциклов и мопедов имеют статор, внешний по отношению к ротору.

Конструкция статора аналогична конструкциям статоров тракторных и автомобильных ВГ, она отличается лишь тем, что катушки однофазной обмотки для каждой выходной цепи могут иметь различные обмоточные данные, а зубцы статора, несущие на себе обмотку, питающую цепь зажигания, иногда отличаются по конфигурации от других зубцов статора.

Ротор представляет собой звездочку магнита ЮНД-4. На лучах звездочки закреплены специальными заклепками и заливкой алюминиевым сплавом полюсные башмаки.

У генераторов 53.3701 восьмиполюсный цилиндрический ротор выполнен из изотропного оксидно-бариевого магнита 6БИ240 намагниченного. Ротор насажен на вал кон-сольно и помещен внутрь статора, состоящего из двух клювообразных частей, между которыми зажата кольцевая обмотка. Клювы статора обращены к ротору, а по наружной поверхности закреплены в корпусе.

Технические данные генераторов переменного тока приведены в табл. 26.8.

Содержание
Предыдущий § Следующий