Технические параметры генераторов

Способность генераторной установки обеспечивать электропитанием по­требителей электроэнергии на автомобиле во всех режимах его работы характеризует токоскоростная харак­теристика (ТСХ), т.е. зависимость силы тока, отдаваемого генератором в нагрузку, от частоты вращения его ротора при постоянной величине на­пряжения на силовых выводах гене­ратора.

Вид токоскоростной харак­теристики генераторных установок легковых автомобилей, построенной в относительных единицах по отно­шению к номинальной величине силы отдаваемого тока, представлен на рис. 6. Характеристика демонстри­рует существенное достоинство вен­тильных генераторов - их самозащи­ту и самоограничение отдаваемого ими тока.

Рис.4. Выходные характеристики генера­торной установки:

1 - токоскоросгная характеристика;

2 - КПД по точкам токоскоростной характеристики

Достигнув определенной величины, ток практически не увеличи­вается с ростом частоты вращения ротора.

Методика определения ТСХ имеет международный стандарт.

Характеристика эта определяется при работе генераторной установки в комплекте с полностью заряженной аккумуляторной батареей с номинальной емкостью, выраженной в А-ч, составляющей не менее 50% номинальной силы тока генератора. Характеристика может определяться в холодном и нагретом состоянии генератора. При этом под холодным состоянием понимается такое, при котором температура всех частей и узлов генератора равна температуре окружающей среды, величина которой должна быть (23±5)°С. Температура воздуха определяется в точке на расстоянии 5 см от воздухозаборника гене­ратора. Токоскоростные характеристики могут определяться при номинальном напряжении, т.е. 14 (28) В. Однако снять такие характеристики возможно только с регулятором, специально перестроенным на высокий уровень под­держания напряжения. Чтобы предотвратить работу регулятора напряжения при снятии токоскоростной характеристики, ее определяют при напряжениях Ud=13,5±0,1 (27±0,2) В. Допускается и ускоренный метод определения токо­скоростной характеристики, требующий специального автоматизированного стенда, при котором генератор прогревается в течение 30 мин при частоте вращения ротора 3000 мин~¹, соответствующей этой частоте силе тока и ука­занном выше напряжении. Время снятия характеристики не должно превы­шать 30 с при постоянно меняющейся частоте вращения.

Токоскоростная характеристика имеет характерные точки, к которым отно­сятся:

п_о _ начальная частота вращения ротора без нагрузки. Поскольку обычно снятие характеристики начинают с тока нагрузки около 2 А, то эта точка полу­чается экстрополяцией снятой характеристики до пересечения с осью абсцисс.

п_rg - минимальная рабочая частота вращения ротора, т.е. частота вращения, примерно соответствующая оборотам холостого хода двигателя. Условно при­нимается п_гg=1500 мин-¹ (для высокоскоростных генераторов - 1800 мин-¹). Сила тока 1_dg при этой частоте обычно составляет 40-50% номинального тока и во всяком случае должна быть достаточна для обеспечения питанием тех по­требителей энергии на автомобиле, от которых зависит безопасность.

п_н - номинальная частота вращения ротора, при которой вырабатывается номинальный ток 1_dн, т.е. ток, сила которого не должна быть меньше номиналь­ной величины.

^птах ~ максимальная частота вращения ротора. При этой частоте генера­тор вырабатывает максимальный ток 1_тах, сила которого мало отличается от силы номинального тока. Отечественные изготовители ранее обычно указы­вали номинальный ток генератора при частоте вращения ротора 5000 мин-¹, а также указывали частоту вращения ротора генератора в расчетном режиме п_р, соответствующему расчетному току генератора I1, обычно составляюще­му две трети номинального тока. В расчетном режиме нагрев узлов генерато­ра наибольший. Характеристики определялись при напряжении 13 или 14 В.

Напряжение генератора U_г, В, определяется выражением

U_г =Е_г= С_е ∙Ф∙n (2.1)

где С_е – константа, зависящая от конструкции и обмоточных данных генератора;

n – частота вращения вала генератора, мин ^–1;

Ф – магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, Гн;

Сила тока возбуждения I_в, А, подчиняется закону Ома:

I_в = U / R_ов (2.2)

где U – напряжение генератора, если оно больше напряжения АБ, в противном случае – напряжение АБ, В;

R_цв – сопротивление цепи обмотки возбуждения, Ом.

Как видно, с увеличением частоты вращения вала напряжение генератора возрастает. Так как обмотка возбуждения питается от самого генератора, то с ростом напряжения растёт и ток возбуждения, а соответственно и магнитный поток. Но рост магнитного потока ограничивается магнитным насыщением магнитопровода обмотки возбуждения. Поэтому напряжение генератора без регулирования растёт сначала быстро, затем рост замедляется. При максимальной частоте вращения вала генератора его напряжение может достигать 30 В.

Генератор характеризуется следующими параметрами:

- номинальным напряжением;

- номинальной и максимальной силой тока, потребляемой от генератора;

- начальными частотами вращения вала генератора на холостом ходу и при номинальной нагрузке (номинальной силе тока генератора).

Номинальные напряжение и сила тока – это такие их значения, на которые генератор рассчитан и при которых он может работать неограниченно долго. При максимальной силе тока генератор греется и потому его работа в таком режиме ограничивается.

Начальная частота вращения вала генератора – это частота, при которой напряжение генератора становится равным номинальному значению. При увеличении силы тока нагрузки напряжение генератора уменьшается. Поэтому кривая возрастания напряжения генератора становится более пологой. По этой же причине начальная частота при номинальной нагрузке больше начальной частоты на холостом ходу, т.е. при отсутствии нагрузки. Для определения начальной частоты вращения вала генератора следует медленно увеличивать его обороты и следить за напряжением генератора. Как только оно достигнет номинальной величины (14 В), зафиксировать начальную частоту.

Генератор заряжает АБ, когда напряжение генератора больше ЭДС АБ. Зарядный ток АБ I_з, А, также подчиняется закону Ома, но с учётом ЭДС АБ Е_б, В, и определяется по формуле: Iз= _,

(2.3)

где R_б – внутреннее сопротивление АБ, Ом.

Контрольные вопросы

1. Какому закону подчиняются изменения токов возбуждения и батареи на малых и средних частотах вращения вала генератора, как математически выражается этот закон для тока возбуждения и для тока батареи?

2. Может ли быть ток генератора отрицательным? Ответ обосновать.

3. Что собою представляет статорная обмотка генератора переменного тока?

4. Как устроен ротор генератора переменного тока?

5. Чем отличается генератор с короткими полюсами от генератора Г-250?

6. Чем отличается индукторный генератор от генератора Г-250?

7. Как устроен и где установлен выпрямитель генератора переменного тока?

8. Что такое начальная частота вращения вала генератора и как ее определяют при испытаниях?

9. Влияет ли включение нагрузки на начальную частоту вращения вала генератора переменного тока?

Почему для генераторов переменного тока не нужны реле обратного тока и ограничитель тока?

Лабораторная работа №3