Характеристики вентильных генераторов

Характеристики вентильных генераторов имеют некоторые особенности: наличие выпрямителя, соответствующий подбор обмоточных данных, обеспе-чивающих минимальную частоту вращения, при которой в режиме холостого хода выпрямленное напряжение достигает номинального значения, и само-ограничение тока отдаваемого генератором.

Характеристики холостого хода вентильного генератора представляют собой зависимость выпрямленного напряжения от силы тока возбуждения Е_d = f (I_вз) при n_рт = const и I_d = 0 (R_нг =¥).

Рис.11. Характеристики холостого хода вентильного генератора

Характеристики холостого хода вентильного генератора получают при неза-висимом возбуждении. Семейство характеристик холостого, хода вентильного генератора приведено на рис.11.
Внешние характеристики вентильного генератора (рис.12) при работе гене-ратора в условиях независимого возбуждения (напряжение U_вз, соответствует номинальному напряжению генератора) представляют собой зависимость вы-прямленного напряжения от силы тока нагрузки U_d = f (I_d) при n_ртm = const, U_вз = U_d = const и сопротивлении возбуждения R_вз = const. При увеличении на-грузки выпрямленное напряжение падает под дейст­вием реакции якоря, падения нап­ряжения в цепи якоря и в выпря­мителе. Падение напряжения в выпрямителе невелико, падение нап­ряжения в обмотках якоря значи­тельно и зависит от частоты вра­щения ротора.

Полное сопротивление фазы обмотки статора

Z_ф= ÖR²_ф+Х² = Ö R²_ф+(2pрn_ртL₁ /60)² .

где R_ф — активное сопротивление фазы; X - синхронное индуктивное сопротив-ление фазы, равное 2pfL₁ = 2p(рn_рт/60) L₁, L₁ - индуктивность фазы.

Рис.12. Внешние характеристики вентильного генератора

Величина Z_ф зависит от частоты n_рт, поэтому с ее повышением крутизны спада

напряжения U_d увеличивается. На характеристике отмечают значения

I_{d max} - максимальное значение выпрямленного тока при n_{рт mах} и U_d = U_dн ; I_dl , I_d2 , I_d3 , выпрямленный ток короткого замыкания соответственно при частоте враще-ния n_{рт х} , n_{рт р} , n_{рт mах} .

В вентильных генераторах с самоограничением силы выпрямленного тока, ток короткого замыкания (на больших частотах рабочего диапазона) близок к максимальной силе выпрямленной тока I_{d шах} при номинальном выпрямленном напряжении U_dн .

Токоскоростная характеристика (ТСХ) вентильного генератора I_d = f (n_рт) при U_d = U_dн и I_вз = const (рис.13) может быть определена при независимом

возбуждении, самовозбуждении (регулятор напряжения отключен) и работе с регулятором напряжения. Она может быть построена и по внешним характе-ристикам.

В значительном диапазоне частоты вращения ротора сила тока возрастает медленно, и при максимальной частоте вращения она не превышает заданного максимального значения, т.е. генератор приобрел свойство самоограничения силы тока. В этих случаях ограничитель силы тока не требуется. ТСХ такого генератора с достаточной степенью точности аппроксимируется уравнением

n_рт.х- n_рт

n _рт

I_d = I_{d шах} (1-e ) при n ³ n_рт.x.

Для генераторов с самоограничением номинальная мощность и номинальная сила тока - условные значения - указаны на генераторе. Обычно указывается зна-чение максимально выпрямленной мощности или максимально выпрямленной силы тока при частоте 5000 мин ^-1.

Рис.13. Токоскоростная характеристика вентильного генератора

Расчетные мощность P_dp , сила тока I_dр , частота вращения n_{рт. р} соответствуют ре- жиму, в котором отношение выпрямленной мощности к частоте вращения P_d / n_рт максимально (режим максимального нагрева генератора). Расчетная точка на ТСХ характеризуется значениями I_dp и n_рт. _р.

Положим, что ТСХ выражается экспоненциальной зависимостью выпрям-ленного тока от оборотов, тогда расчетные значения можно определить, если из начала координат провести касательную к ТСХ I_d = f(n_рт). Точка касания опре-деляет расчетные величины I_dp и n_рт. _р.

Рис. 14. Электрическая схема генераторной установки 37.3701:

”Б”, ”В”, ”М”, ”Ш” – выводы регулятора выходного напряжения U_d генераторной установки.

Регулировочно-скоростные характеристики вентильного генератора I_вз = f(n_рт) при U_d = U_dн и I_d = const аналогичны характеристикам генератора постоянного тока. Однако кратность регулирования силы тока возбуждения у вентильных

генераторов больше, что связано с более глубоким насыщением маг­нитной цепи, обеспечивающим получение необходимой ТСХ. Значительно шире и диапазон ре-гулирования.

5.1.4. Конструкция вентильных генераторов

Конструкцию автомобильного вентильного генератора с клювообразным ро-тором рассмотрим на примере генератора 37.3701 для автомобилей ВАЗ-2108. Электрическая схема генераторной установки показана на рис.14.

Генератор 37.3701 (рис.15) электромагнитного возбуждения с выпрямлени-ем мощности дополнительным выпрямителем для электроснабжения обмотки возбуждения выполняется со встроенным интегральным регулятором напряже-ния (ИРН). Напряжение генератора 14 В, сила тока 55 А. Генератор состоит из якоря (статора), индуктора (ротора), крышки со стороны контактных колец, выпрямительного блока, щеткодержателя с ИРН, крышки о стороны привода, шкива-вентилятора.

В статор генератора входят: пакет 1 и трехфазные обмотки 2. Пакет набира-ют из пластин электротехнической стали толщиной 1,0мм. Пластины в шести местах по наружной поверхности пакета соединены сваркой.

Внутренняя часть пакета имеет 36 пазов трапецеидального сечения, рав-номерно расположенных по окружности, в которых уложена трехфазная об-мотка 2 (см. рис. 6,б). Фаза состоит из трех непрерывно намотанных катушек. Каждая катушка имеет 7 витков медного провода марки ПЭТ-200, диаметром 0,95 мм, уложенных в развал. Витки катушки охватывают три зубца. Число витков в фазе 51; фазы соединены в двойную звезду с вы­еденной нулевой точ-кой, т.е. фаза имеет две параллельные цепи, каждая звезда расположена на поло-вине расточки статора.

Индуктор включает магнитную систему и обмотки возбуждения. Втулка 5 и примыкающие два клювообразных полюсных наконечника 3, посаженные на вал 6, образуют 12-полюсную магнитную систему.

Полюсные наконечники изготовляют методом холодной штамповки из поло-совой стали толщиной 12 мм с последующей обработ­кой по наружному диаметру. Для снижения уровня магнитного шума часть наружной поверхности полюса ротора имеет скосы на сбегающем крае.

Обмотка возбуждения 4,намотанная на каркас в несколько рядов, надета на втулку (втулка фиксирована в полюсных наконечниках). Всего намотано 420 витков медного провода марки ПЭТВ-1 диаметром 0,8 мм. Провод в рядах укладывают плотно, виток к виткам. Сверху катушку оклеивают специальной бумагой, которая образует наружную изоляцию. Сопротивление обмотки в хо-лодном состоянии (2,6 ± 1,0) Ом. На концы обмотки надета гибкая изоляцион-ная трубочка и по втулке каркаса, рас­положенной в торце полюсного наконеч-ника, концы выведены на торце последнего. Далее концы прижаты к торцу полюсного на­конечника изоляционной шайбой, проведены под изоляционной втулкой 12 выведены к контактным кольцам и припаяны к двум изолирован-ным одно от другого и от вала медным контактным кольцам 10.

Для снижения вибрации генератора осуществляют статиче­скую и дина-мическую балансировку ротора. Обмотки статора и ротора для повышения электрической прочности и теплопроводности пропитывают глифталевым ла-ком. Крышки генератора расположены со стороны контактных колец (задняя крышка 7) и со стороны привода (передняя крышка 22). В крышках установле-ны закрытые шарикоподшипники 11 и 25 с двусторонним резиновым уплотни-телем и одноразовым кремний-органическим смазочным материалом. Крышки имеют вентиля­ционные отверстия. В передней крышке 22 есть два резьбовых отверстия для съема крышки с вала, ушко для крепления генера­тора на двигателе и стальная шпилька 21. Шпилька необходима и для крепления планки, создающей натяг приводного ремня генератора. Посадочное место в крышке под подшипник армировано стальной втулкой. Посадка подшипника в крышке и на валу сколь­зящая, в осевом направлении внутренняя и наружная обоймы подшипника строго зафиксированы.

Посредством ушка на задней крышке 7 генератор крепится на двигателе. В отверстии ушка крышки предусмотрено устрой­ство для регулировки осевого зазора между кронштейном двига­теля и ушками крышек генератора при его установке на двига­теле. Устройство состоит из резиновой буферной армиро-ванной сталью поджимной втулки.

Посадка заднего подшипника 11 на вал 6 плотная, в гнездо крышки – скользящая. Посадочное место в крышке не армиро­вано, но имеет канавку, в которой размещено резиновое кольцо, препятствующее проворачиванию наруж-ной обоймы подшипника. Подшипник вместе с валом в гнезде крышки может перемещаться осевом направлении.

Внутри крышки крепится выпрямительный блок БПВ-23-50 - трехфазный двухполупериодный выпрямитель с дополнительными диодами для возбужде-ния генератора. На крышке генератора устанавливаются: щеткодержатель 13 со щетками 14, ИРН 20, выводы генератора ИРН.

Выпрямительный блок (рис.16) состоит из двух шин-радиаторов - отрица-тельной 10 и положительной 9, в которые запрессованы кремниевые диоды прямой 3 и обратной 5 полярности. Шины расположены на фиксированном друг от друга расстоянии с помощью изоляционных втулок 7. Шины являются выходными выводами анодной и катодной групп диодов.

Шесть диодов блока соединены между собой и образуют двухполупериод-ную схему выпрямителя. Соединение осуществляется посредством перемычек 6, на которые выводятся концы обмоток и аноды диодов возбуждения 2.

Дополнительный выпрямитель смонтирован на пластмассовой колодке 8, охватывающей с внутренней стороны шину положительной полярности.

Дополнительный выпрямитель состоит трех диодов, образующих анодную группу диодов. «Плюс» дополнительного выпрямителя гибким проводом 4 со штекерным наконечником соединен с выводом «19» (см. рис.15) регулятора нап-ряжения, а также с выводом 17 обмотки возбуждения.

Рис. 15. Автомобильный генератор 37.3701

1- пакет якоря; 2 - фазные обмотки якоря; 3 - полюс с клювообразными нако-нечниками; 4 - обмотка возбуждения; 5 - втулка; 6 - вал; 7,22 - соответственно задняя и передняя крышки; 8,9 - теплоотвод выпрямительного блока с диодами соответственно положительной и отрицательной полярности; 10 - контактные кольца; 11,25 - соответственно задний и передний подшипники; 12 - изоляци-онная втулка контактных колец; 13 - щеткодержатель; 14 - щетки; 15 - конден-сатор; 16 - вывод “30” генератора; 17 - положительный вывод “61” выпрямите-ля; 18 - стяжной винт генератора; 19 - вывод ”В” регулятора напряжения; 20 - ИРН; 21 - шпилька крепления генератора к натяжной планке; 23 - шкив; 24 - опорное кольцо; 26 - коническая шайба; 27 – гайка.

Щеткодержатель 13 состоит из пластмассового корпуса и двух прямоуголь-ных медно-графитовых щеток 14 ИРН является одно­временно крышкой щетко-держателя.

Рис. 16. Выпрямительный блок БПВ-23-50:

1,5-диоды обратной полярности; 2 - диод дополнительного выпрямителя; 3 – диоды прямой полярности; 4 - гибкий провод; 6 - перемычка; 7 – изоля-ционная втулка; 8 - пластмассовая колодка; 9, 10 - соответственно положи-тельная и отрицательная сборные шины

Для охлаждения обмотки якоря и катушки возбуждения, а также кремние-вых диодов выпрямителя в генераторе преду­смотрена протяжная вентиляция, осуществляемая при помощи крыльчатки вентилятора, связанного с приводным шкивом генератора. Шкив-вен­тилятор крепится на валу с помощью шпонки и гайки 27. Выводы генератора «30» и ИРН «17», «61» расположены на торце зад-ней крышки. ТХС показана на рис.17.

Рис. 17. Токоскоростная характеристика генераторов следующих типов:

1- Г263А; 2- 37.3701; 3- 17.3701