Характеристики генераторных установок.

У вентильных генераторов есть некоторые особенности, влияющие на их характеристики:

· выпрямление переменного тока;

· подбор обмоточных данных, обеспечивающих номинальное напряжение при минимальной частоте вращения ротора, соответствую­щей режиму холостого хода автомобильного двигателя;

· самоограничение силы отдаваемого тока.

Основные параметры вентильного генератора - напряжение U, частота вращения ротора n и мощность Р (или сила тока, отдаваемого генератором при заданном напряжении).

Зависимость выпрямленного напряжения U_d силы тока возбужде­ния I_В при отключенной нагрузке и постоянной частоте вращения ротора n называют характеристикой холостого хода (рис. 2.13). В режиме холостого хода выпрямленное напряжение равно ЭДС Е_d. Характеристи­ки холостого хода вентильных генераторов получают при независимом возбуждении.

Внешние характеристики вентильных генераторов представляют собой зависимости выпрямленного напряжения U_d (рис. 2.14) от силы тока нагрузки I_d при постоянных частоте вращения ротора, напряжении на выводах обмотки возбуждения и ее сопротивлении. При увеличении нагрузки выпрямленное напряжение падает под действием реакции якоря, в результате уменьшения напряжения в цепи статора (якоря) и в выпрямителе, причем падение напряжения в обмотках статора значитель­но и зависит от частоты вращения ротора.

Внешние характеристики вентильных генераторов определяются при самовозбуждении и независимом возбуждении. Снижение напряжения при увеличении нагрузки происходит не только на активном, но и на индуктивном сопротивлениях обмоток статора. В случае самовозбужде­ния вентильного генератора падает напряжение на самой обмотке возбуждения. Размагничивающее действие реакции якоря уменьшает магнитный поток в рабочем воздушном зазоре между ротором и статором.

Рис. 2.13.Характеристики холостого хода вентиль­ного генератора:

n_max, n_ср, n_р, n₀ – частота вращения ротора соответственно максимальная, средняя, расчет­ная и начала отдачи; U_dн - выпрямленное номинальное напряжение.

Рис. 2.14.Внешние характеристики вентильных генераторов:

I_dр, I_{d max} - соответственно расчетное и максимальное значения силы тока нагрузки.

По семейству внешних характеристик определяется максимальная сила тока I_{d max}, которая создается при заданном или регулируемом значении напряжения.

Скоростная регулировочная характеристика (рис. 2.15, а) вентильного генератора представляет собой зависимость силы тока возбуждения I_в от частоты вращения ротора при постоянном напряжении вентильного генератора. Обычно она определяется при нескольких значениях силы тока нагрузки.

Рис. 2.15.Зависимости напряжения генератора и силы тока возбуждения:

а - от частоты вращения ротора; б - от силы тока нагрузки; U_н - номинальное напряжение.

Минимальная сила тока возбуждения определяется при силе тока нагрузки, равной нулю, и максимальной частоте вращения ротора вентилятора генератора. Скоростные регулировочные характеристики позволяют определить диапазон изменения силы тока возбуждения от изменения нагрузки при постоянном напряжении.

При увеличении частоты вращения ротора п вентильного генератора сила тока I_в возбуждения должна уменьшаться (рис. 2.15, а), а при увеличении силы тока нагрузки - возрастать (рис. 2.15, 6).

Напряжение генератора необходимо поддерживать постоянным в диапазоне частот вращения ротора от n₀ до n_max, при этом ток возбуждения будет изменяться от максимального I_{в max} до минимального I_{в min}.

В связи с непрерывным изменением режима движения автомобиля и, следовательно, частоты вращения ротора и нагрузки вентильного генератора важной является токоскоростная характеристика — зависимость силы тока I_d, которую вентильный генератор может отдавать потребителям при заданном напряжении, от частоты вращения ротора (рис.2.16).

Токоскоростная характеристика снимается при U_d = const и I_в = const. Контрольными являются значения начальной частоты n₀ отдачи генератора, расчетная частота вращения ротора n_р и соот­ветствующая ей расчетная сила тока I_dр и максимальная сила тока I_{d max} при n_max. Расчетные частоты вращения ротора n_р и сила тока I_dр определяются в точке касания токоскоростной характеристики 1 и прямой 2, проведенной из начала коорди­нат. Этой точке соответствует максимальное значение отно­шения расчетной мощности Р_dр к расчетной частоте вращения ротора n_р (режим максимального нагрева вентильного генератора).

Токоскоростная характеристика используется при разработке или выборе вентильного генератора. Она может быть определена при независимом возбуждении, самовозбуждении и работе вентильного генератора с регулятором напряжения.

Рис. 2.16. Токоскоростная характеристика.

Все современные автомобильные генераторы обладают свойством самоограничения силы максимального тока. В большом диапазоне частот вращения ротора сила тока возрастает медленно, а при макси­мальной частоте вращения ротора не превышает заданного максимально­го значения. Это связано с тем, что с ростом частоты вращения ротора генератора, а следовательно, с ростом частоты индуктируемого в обмотке статора тока повышается индуктивное сопротивление обмотки, поэтому сила тока увеличивается медленнее, асимптотически стремясь к некоторому предельному значению.

К параметрам вентильного генератора также относятся номинальные мощность и сила вырабатываемого тока при частоте вращения ротора 6000 мин-¹.

Вентильный генератор проектируется таким образом, чтобы нагрев его обмоток, подшипников и полупроводниковых элементов при номинальной силе тока (номинальной мощности) был бы не опасен. Узлы генератора нагреваются больше при силе тока, составляющей примерно 2/3 номинального значения. Это объясняется тем, что с увеличением частоты вращения ротора одновременно возрастает интенсивность охлаждения вентильного генератора вентилятором, расположенным на его валу.

Самоограничение силы тока проявляется в меньшей степени при увеличении значения n₀. С уменьшением значений n₀, n_р и ростом значения I_dmax улучшаются условия обеспечения положительного зарядного баланса на автомобиле, однако при этом увеличиваются масса и габаритные размеры генератора.