Автомобильные вентильные генераторы

Действие автомобильных генераторов основано на явлении элек­тромагнитной индукции. Это явление состоит в том, что если с оп­ределенной скоростью изменять магнитный поток, пронизывающий катушку, то на ее выводах появится напряжение, равное про­изведению числа ее витков на скорость изменения магнитного по­тока (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Генератор переменного тока с ротором, представляющим собой

постоянный магнит: а — упрощенная конструкция генератора;

б - временные диаграммы фазных напряжений

Вентильные автомобильные генераторы делятся на щеточные и бесщеточные.

Трехфазный щеточный генераторсостоит из статора 1, на зуб­цах которого находится обмотка 2, и вращающегося ротора с полю­сами 3, на которых находится обмотка возбуждения 5. Электри­ческий ток к обмотке возбуждения подводится через вращающиеся кольца и неподвижные щетки 4. Обмотка статора состоит из трех фазных обмоток. При вращении ротора напротив фазных обмоток оказывается то северный, то южный полюса ротора (рис. 1.5). В результате этого в обмотках вырабатываются переменные напряже­ния, равные по амплитуде и частоте, но сдвинутые друг относи­тельно друга на 120°. Амплитуда напряжения тем больше, чем боль­ше частота вращения ротора и чем больше сила тока в обмотке воз­буждения. В реальных генераторах число зубцов статора достигает 36. Ротор реального автомобильного щеточного генератора (генера­тора с клювообразным ротором) состоит из двух полюсных поло­вин. Каждая половина имеет выступы - клювы, охватывающие собой обмотку возбуждения. Клювообразные полюсы позволяют с помо­щью одной катушки образовывать многополюсную систему.

Недостатком генераторов, имеющих описанную конструкцию, является наличие трущихся электрических контактов. Этот не­достаток устранен в бесщеточных генераторах индукторного типа и генераторах с укороченными полюсами.

В индукторных генераторах (рис. 1.6) обмотка возбуждения жестко закреплена на стальной передней крышке. Ротор генератора представляет собой многолучевую звездочку 2, надетую на вал. Статор по конструкции не отличается от статора щеточного генера­тора. При вращении ротора напротив обмоток статора попеременно оказываются то зубец, то впадина ротора. Поэтому магнитный по­ток, проходящий через них, то увеличивается, то уменьшается. В катушках появляется переменное напряжение.

Рис. 1.5. Вентильный щеточный генератор (упрощенная конструкция): 1 - статор; 2 — обмотка статора; 3 - полюс ротора; 4 - контактные кольца; 5 — обмотка возбуждения

Рис. 1.6. Вентильный индукторный генератор:

I - индуктор; 2 - ротор (многолучевая стальная звездочка);

3 - задняя крышка; 4 — магнитопровод; 5 - обмотка статора;

6 - передняя крышка-магнитопровод; 7 - обмотка возбуждения

Существующие конструкции индукторных генераторов пока об­ладают рядом недостатков, которые сдерживают их использование в автомобилях. К ним относятся невысокие удельные показатели, по­вышенный уровень пульсации выпрямленного напряжения, повы­шенный магнитный шум.

Другой тип бесщеточных генераторов - генераторы с укороченными полюсами (рис 1.7). По конструкции они занимают про­межуточное положение между генераторами с клювообразным рото­ром и индукторными генераторами. В этих генераторах клювы ро­тора укорочены настолько, что полученной щели хватает для разме­щения проводов питания обмотки возбуждения и деталей для за­крепления обмотки возбуждения между полюсными половинами.

Рис. 1.7 Вентильный генератор с укороченными полюсами: - крепление обмотки возбуждения; 2 -обмотка возбуждения; 3 - втулка; 4 - укороченные полюсные половины; 5 — обмотка статора; 6 - статор

Переменный ток, наводимый в обмотках статора, выпрямляется по­лупроводниковым выпрямителем, собранным из диодов по мостовой схеме (рис. 1.8).

Рис. 1.8. Генераторная установка с выпрямителем, имеющим дополнительное плечо

Диоды VD1-VD3, VD1 VD9 образуют силовой вы­прямитель. Катоды диодов VD7-VD9 соединены с выводом "+" гене­ратора, а аноды диодов VD1-VD3 - с выводом "-". Диоды VD1-VD6 образуют дополнительный выпрямитель для обмотки возбуждения, под­ключенной к нему через вывод "Д". Этот выпрямитель предотвращает разряд аккумуляторной батареи на обмотку возбуждения генератора при неработающем двигателе автомобиля.

В моделях современных генераторов силовой выпрямитель сот держит дополнительное плечо из диодов VD10-VD11, соединенное с нулевой точкой 0 генератора. Дополнительное плечо использует­ся, если фазное напряжение генератора по форме отличается от си­нусоиды. В этом случае в нем имеются различные гармоники, в ча­стности, третья гармоника, и гармоники, кратные трем. В линейном напряжении этих гармоник нет, так как они взаимно компенсируют друг друга. Введение дополнительного плеча позволяет подавать в нагрузку вместо линейного напряжения фазное. Так как все гармо­ники при этом попадают в нагрузку, мощность генератора без изме­нения его габаритов увеличивается до 15%.