Генераторные установки переменного тока

| Категория реферата: Рефераты по технологии
| Теги реферата: титульный лист курсовой работы, чужие сообщения
| Добавил(а) на сайт: Harita.

Чтобы не усложнять чертежа, половины катушек остальных двух фаз условно показаны слитными боковыми сторонами, хотя все они наматываются таким же образом, как описано выше для первой фазы. Фазы обмотки, изображенной на рис. 8, соединены в двойную звезду.

Рис. 8. Схема соединений обмоток статора в двойную звезду с намоткой «в развал» (число пазов 36):
Н1, Н2, Н3; К1 К2, К3 — начало и концы фаз первой звезды;
Н4 Н5, Н6. К4, К5, К6 — начало и концы фаз второй звезды;
НI ,HII , HIII — выводы фаз обмоток статора

У некоторых генераторов размещают в статоре две самостоятельные трехфазные обмотки, соединенные в звезду и имеющие различное число витков или различное сечение провода. В качестве примера на рис. 9 показана схема соединений такого генератора. Обмотка статора 2 имеет большее число витков провода меньшего сечения, чем обмотка 3, которая, наоборот, имеет меньше витков более толстого провода. Обе обмотки присоединены каждая к своему комплекту вентилей выпрямительного устройства 4, все вентили которого имеют общие выводы «+» и «—». В остальном схема соединения генератора с регулятором напряжения РН и батареей 5 — обычного типа.
Такая конструкция позволяет обеспечить достаточно большую мощность генератора на большой скорости движения автомобиля и в то же время сохранить малую частоту вращения начала отдачи, необходимую при городской езде.
При работе автомобиля в городе, при малой частоте вращения коленчатого вала двигателя в генераторе работает обмотка 2 с большим числом витков и питает через выпрямитель 4 аккумуляторную батарею 5. При движении автомобиля с большой скоростью на загородных дорогах вступает в работу обмотка 3 и теперь к потребителям поступает ток от двух обмоток, различный по величине: от обмотки 2 (примерно 1/3) и от обмотки 3 (примерно 2/3 общей величины). На рис. 9 справа показаны характеристики тока, отдаваемого отдельно обмотками 2 и 3, а также при совместном действии обеих обмоток в зависимости от частоты вращения генератора.

Рис. 9. Схема соединений генераторной установки с двумя автономными обмотками фаз статора (а) и характеристики генератора (б):
1 — обмотка возбуждения генератора; 2 — первая трехфазная обмотка статора;
3 — вторая трехфазная обмотка статора; 4 — выпрямительное устройсгво; 5 — аккумуляторная батарея; 6 — токоскоростная характеристика обмотки 2: 7 — токоскоростная характеристика обмотки 3; 8 — токоскоростная характеристика обеих обмоток генератора; 9 — выключатель зажигания; 10 — выключатель

Крышки 7 и 10 генератора (см. рис. 3) отливают из алюминиевого сплава методом литья в кокиль или под давлением. Посадочные места под шариковые подшипники и отверстия в кронштейнах крышек, как правило, армируют чугунными или стальными втулками. Некоторые типы генераторов этой армировки не имеют.
Пластмассовый щеткодержатель 4 (рис. 3) с щетками расположен на крышке со стороны контактных колец. В случае применения интегрального регулятора напряжения, встроенного в генератор, его располагают на щеткодержателе.
Крышки имеют отверстия (не показанные на рис. 3) для проточной вентиляции в осевом направлении. Вентилятор 9 имеет два конструктивных исполнения. У некоторых типов генераторов вентилятор состоит из крыльчатки и поддона, соединенных между собой точечной сваркой, у некоторых из одной крыльчатки.
Шкив 8 чугунный литой или стальной штампованный. Вентилятор и шкив соединяются с валом при помощи шпонки.
В большинстве типов автомобильных генераторов переменного тока, в том числе во всех отечественных конструкциях, выпрямительное устройство рассчитано на двухполупериодное выпрямление трехфазного тока, и имеет, следовательно, шесть вентилей.
Выпрямительные устройства имеют два исполнения: в виде единого конструктивного узла с вентилями, размещенными непосредственно в теплоотводящих элементах пластмассового основания, или в виде отдельных вентилей, запрессованных в теплоотводящие пластины. Для обеспечения интенсивного охлаждения выпрямительные устройства монтируют в крышке со стороны контактных колец.
Генератор с встроенным кремниевым выпрямителем имеет два изолированных от корпуса выводных зажима: зажим для подключения генератора к аккумуляторной батарее и нагрузке и зажим Ш для соединения обмотки возбуждения генератора с регулирующим устройством. Третьим (минусовым) зажимом является винт М (масса), служащий для соединения корпуса генератора с шасси (массой) автомобиля.

2. Принцип работы генератора

Автомобильные генераторы переменного тока относятся к синхронным электрическим машинам, потому что частота вращения ротора и частота наводимой в обмотках статора э.д.с. жестко связаны между собой отношением:

[pic] , где f - частота переменного тока, Гц; р — число пар полюсов генератора; п — частота вращения ротора, об/мин.

Важной характеристикой обмотки статора является число пазов на полюс и фазу, равное [pic], где Z — общее число пазов на статоре; 2р — число полюсов генератора; т — число фаз генератора.

В отечественных автомобильных генераторах применяются трехфазные обмотки с числом пазов на полюс и фазу q, равным 0, 5; 1 и 2.
Рис. 10. Магнитная система генератора:
1 — втулка; 2 - обмотка возбуждения:
3 — полюсные наконечники (клювы) од ной (северной) полярности; 4 — полюсные наконечники (клювы) другой (южной) полярности; 5 — статор; 6 — обмотка статора; 7 — основной магнитный поток; 8 — магнитный поток рассеяния
Катушки обмотки статора в большинстве случаев имеют по нескольку витков, но на схемах обмотки (см. рис. 5, 6, 7, 8) они, как правило, условно изображаются одновитковыми, так как схема соединения катушек друг с другом не зависит от числа витков в катушке.
Электродвижущая сила в фазных обмотках генератора возникает при пересечении проводников обмотки статора магнитным потоком, созданным обмоткой возбуждения. При замыкании выключателя зажигания ток от аккумуляторной батареи поступает в обмотку возбуждения генератора. Вокруг обмотки возбуждения 2 возникает магнитный поток (рис. 10), рабочая часть 7 которого проходит через втулку 1 и вал, распределяется по клювообразным полюсам 3 одной полярности N, выходит из полюсов этой полярности, пересекает воздушный зазор между ротором и статором, проходит по зубцам и спинке статора 5, еще раз пересекает воздушный зазор, входит в клювообразные полюса 4 другой полярности S и замыкается через эти полюса опять на втулку 1 и вал. Часть магнитного потока, созданного обмоткой возбуждения, замыкается по воздуху мимо статора, не охватывая провода его обмотки. Эта часть магнитного потока 8 называется магнитным потоком рассеяния и в наведении электродвижущей силы в обмотке статора 6 не участвует.

При вращении ротора под каждым зубцом статора проходят попеременно то северный, то южный полюс ротора. Величина магнитного потока, проходящего через зубцы статора при этом изменяется по величине и направлению, пересекая проводники трехфазной обмотки статора, заложенной в пазы между зубцами.

Действующее (эффективное) значение электродвижущей силы, наводимой в обмотке одной фазы генератора при данной величине рабочего магнитного потока Фя .определяется по формуле [pic], где f — частота индуктированной э. д. с.; w — число последовательно соединенных витков в обмотке одной фазы статора;
Ф( — значение рабочего магнитного потока в воздушном зазоре генератора, Вб;
Kоб — коэффициент.

Рис. 11. Форма клювообразного полюса
Так как стороны одного витка катушки не всегда расположены точно на расстоянии полюсного деления (т. е. расстояния между осями смежных полюсов), то э.д.с., индуктированные в двух сторонах одного и того же витка, могут не совпадать по фазе и суммирование этих э.д.с, необходимо выполнять не арифметически, а геометрически. Это обстоятельство учитывается обмоточным коэффициентом Коб который является отношением геометрической суммы э. д.с., индуктированных в отдельных проводах обмотки, к их арифметической сумме.
Значение обмоточного коэффициента Коб зависит от числа q пазов статора генератора на полюс и фазу и равно: 0, 866 — для трехфазных генераторов при q=0, 5 (18 пазов на статоре, 12 полюсов ротора); 1, 0 — для трехфазных генераторов при q=1 (36 пазов на статоре, 12 полюсов ротора); 0, 966 — для трехфазных генераторов при q =2, 0 (72 паза на статоре, 12 полюсов ротора).
Характер изменения э.д.с. в проводниках обмотки статора, т. е. форма э. д. с. определяется кривой распределения магнитной индукции в зазоре по окружности статора, которая, в свою очередь, зависит от формы полюса.
В автомобильных синхронных генераторах применяют клювообразный полюс
(рис. 11), имеющий трапецеидальную форму поверхности, обращенную к расточке
(т. е. внутренней поверхности) статора. Такой полюс обеспечивает форму кривой э.д.с., близкую к синусоидальной.
Переменное напряжение и ток, индуктированные в обмотке статора, выпрямляются при помощи кремниевых выпрямителей, собранных по трехфазной двухполупериодной схеме (схеме А. Н. Ларионова). В этой схеме (рис. 12, а) применены шесть вентилей: три для положительной полярности и три для отрицательной полярности.
Максимальные значения индуктированных в обмотках фаз генератора напряжений U1фмах U2фмах U3фмах изображены на векторной диаграмме (рис. 12, б, слева) тремя векторами, сдвинутыми друг относительно друга на 120° (т.е.
1/3 периода индуктированного напряжения). Мгновенные значения индуктированного напряжения U1ф, U2ф U3ф изображены в правой части рис. 12, б. С течением времени все три вектора на векторной диаграмме, не

Рис. 12. Схема выпрямления переменного тока автомобильного генератора: а — соединение трехфазной обмотки генератора с вентилями по трехфазной двухполупериодной схеме (схема А. Н. Ларионова); б — векторная диаграмма
(слева) и кривые изменения мгновенных значений фазных напряжений по времени, а также кривая выпрямленного напряжения (справа); R - сопротивление нагрузки

изменяя взаимного расположения, вращаются против часовой стрелки, делая один оборот за один период Т переменного напряжения. Мгновенные значения напряжений U1ф, U2ф, U3ф равняются проекциям этих векторов на вертикальную ось и, следовательно, изменяются по синусоидам. Положительные направления индуктированных в обмотках фаз генератора напряжений U3ф, U2ф, U3ф (т. е. их направления во время положительной полуволны переменного напряжения) показаны на схеме обмоток генератора (см. рис. 12, а) сплошными стрелками.

Возьмем момент времени t1 (см. рис. 12, б, справа), соответствующий 1/6 периода Т, или 60° поворота векторов от начального положения. Мгновенные значения фазных напряжений в этот момент будут:

[pic]

[pic]

Поскольку напряжение Uф2 в данный момент t1 отрицательно, то его фактическое направление в обмотке генератора будет обратным; на рис. 12, а оно изображено пунктирной стрелкой.
Напряжение, приложенное к вентилям выпрямительного устройства, при соединении фаз статора в звезду будет равно разности напряжений двух фаз (в данном случае первой и второй), поскольку фазы соединены в нулевую точку концами. Это напряжение будет равно:
[pic] так как максимальные величины напряжений всех фаз равны друг другу, т. е.
[pic]
Это напряжение, равное 1, 73 Uфмах, создает ток, изображенный на рис. 12, а пунктирными стрелками и замыкающийся на внешнее сопротивление R через два вентиля: средний положительной и правый отрицательной полярности.

В следующие после t1 моменты времени напряжение U1ф будет увеличиваться, а напряжение U2ф быстро уменьшаться по абсолютной величине. В результате картина прохождения токов на рис. 12, а будет прежняя, но суммарное напряжение первой и второй фазы несколько уменьшится.
Рассмотрим момент времени t2, соответствующий 1/4 периода Т или повороту векторов на 90°. В этот момент напряжение первой фазы достигает максимума
U1ф=U1фмах, а напряжение второй фазы уменьшится до половины максимального значения и равняется U2ф=U2фтах Sin 330°= -0, 5 U2фмах.
Поэтому разность напряжений первой и второй фазы будет:

[pic]

В последующие моменты времени напряжение третьей фазы U3ф (по абсолютной величине) становится больше уменьшающегося фазного напряжения U2ф, и выпрямленный ток замыкается уже через обмотки и вентили первой и третьей фазы.

Таким образом, процесс повторяется и в любой момент времени в контур выпрямленного тока обязательно оказываются включенными по одному вентилю положительной и отрицательной полярности, причем в выпрямлении тока будет участвовать лишь та пара вентилей, которая находится под более высоким напряжением, чем другие. Выпрямленное напряжение Ud (см. рис. 12, 6) будет пульсировать, изменяясь по отрезкам синусоид с частотой, в 6 раз большей, чем частота переменного тока, индуктированного в обмотках генератора, и его величина в идеальном случае (пренебрегая падением напряжения в вентилях и соединительных проводах) будет изменяться от 1, 5 до 1, 73 Uфmах

Поскольку выпрямленное напряжение и ток используются на автомобиле для заряда аккумуляторной батареи, то нас интересует среднее значение выпрямленного (пульсирующего) напряжения, которое, как показывают расчеты, равно:

Ud = 1,65Uфмах.
Приборы измеряют не амплитудное, а действующее (эффективное) значение переменного тока, и все расчеты выполняются по действующим (эффективным) значениям переменного напряжения и тока, которые в [pic]раза меньше амплитудных значений. Поэтому среднее значение выпрямленного напряжения
Ud = 1, 65 Uфmах = 1, 65*1, 41 Uф = 2, 34 Uф, где Uф — действующее значение фазного напряжения генератора. Величина выпрямленного тока
[pic], где Iф — действующее значение фазного тока генератора.
В реальных случаях вследствие падения напряжения в селеновых или кремниевых вентилях, соединительных проводах и т. п., соотношения между величинами выпрямленного и фазного напряжения и тока отличаются от приведенных выше теоретических значений и их величина обычно определяется экспериментально