Практическое занятие № 2
Тема: «Устройство и работа генератора».
Цель работы: Обобщить и закрепить полученные теоретические знания о назначении, устройстве и работе генератора, применять полученные теоретические знания при выполнении работы.
Организация работы и оборудование учебных мест.
Работа проводится на 2-х учебных местах:
Учебное место №1 Устройство генератора переменного тока.
Оборудование: Стенд генератор переменного тока. Плакаты, учебная литература.
Учебное место №2 Устройство деталей и агрегатов генератора переменного тока.
Оборудование: Детали и агрегаты генераторов переменного тока. Плакаты, учебная литература.
Время проведения работы – 80 минут.
Организация работы; проведение инструктажа по БЖД во время выполнения работы. [Инструкция по безопасности жизнедеятельности № 80 во время проведения занятий со студентами в лаборатории и кабинете «Электрооборудование автомобилей» №105] - 10 мин;
Работа на учебных местах – 2 х 20 минут – 40 мин;
Изменение учебных мест – 2 х 1- 2 мин;
Изменение учебных мест осуществляется по команде преподавателя:
УМ №1 – УМ №2
Уборка рабочих мест – 2 мин;
Защита работы – 18 мин;
Подведение итогов – 8 мин;
Теоретические сведения.
Генераторные установки
Генераторная установка состоит из электрогенератора и регулятора напряжения. Они, вместе с элементами контроля работоспособности и защиты от возможных аварийный режимов, образуют систему электроснабжения автомобиля.
Генераторная установка обеспечивает питанием электропотребители, включенные в бортовую сеть автомобиля, и заряжает его аккумуляторную батарею при работающем двигателе. Даже на холостом ходу двигателя генератор должен развивать мощность, достаточную для электропитания наиболее важных потребителей. В мировой практике генераторные установки на холостом ходу двигателя развивают 40-50% от номинальной мощности. Напряжение в бортовой сети автомобиля должно быть стабильно в широком диапазоне изменения частоты вращения коленчатого вала двигателя и нагрузок. Стабильность напряжения, обеспечиваемая работой регулятора, является непременным условием надежной работы аккумуляторной батареи и других электропотребителей. Превышение напряжения сверх допустимых пределов служит причиной перезаряда
аккумуляторной батареи с последующим выходом ее из строя, пониженное напряжение вызывает недозаряд батареи. Увеличение напряжения на 10% сверх номинального снижает срок службы ламп примерно на 50%. Генераторные установки рассчитаны на номинальное напряжение 14 и 28 В. Напряжение 28 В характерно для автомобилей с дизелем. Однако на дизельных автомобилях, например, на автомобилях ЗИЛ 5301 ("Бычок"), ЗИЛ 4331, ЗИЛ 133ГЯ возможна и двухуровневая система: 14 В непосредственно на генераторе для электроснабжения основных потребителей, 28 В - на выходе трансформаторно-выпрямительного блока для подзарядки аккумуляторной батареи.
Генераторные установки выполняются по однопроводной схеме, в которой с корпусом соединен отрицательный полюс. Генераторная установка питает бортовую сеть автомобиля постоянным током. Однако известно, что механическую энергию можно преобразовать в электрическую только посредством переменного тока. Поэтому ранее автомобили снабжались выпрямителем-коллектором со щетками в генераторах постоянного тока, а теперь - полупроводниковым выпрямителем в повсеместно применяющихся автомобильных вентильных генераторах. Для питания вспомогательных устройств, например, реле блокировки стартера, трансформаторно-выпрямительного блока систем на два уровня напряжения, тахометра и т. п., используется переменный ток, вырабатываемый генератором.
Генераторная установка - достаточно надежное устройство, способное выдержать:
1. повышенные вибрации двигателя;
2. высокую подкапотную температуру;
3. воздействие влажной среды, грязи и т. п.
Принцип действия вентильного электрогенератора и его принципиальное конструктивное устройство одинаковы как у отечественных, так и у зарубежных образцов.
Принцип действия вентильного генератора
Преобразование механической энергии, которую автомобильный генератор получает от двигателя внутреннего сгорания через ременную передачу, в электрическую происходит, как и в любом генераторе, в соответствии с явлением электромагнитной индукции. Суть явления состоит в том, что, если изменять магнитный поток, пронизывающий катушку, витки которой выполнены из проводящего материала, например, медного провода, то на выводах катушки появляется электрическое напряжение, равное произведению числа ее, витков на скорость изменения магнитного потока. Совокупность таких катушек образует в. генераторе обмотку статора. Возможны два варианта изменения магнитного потока: по величине и направлению, что обеспечивается в щеточной конструкции вентильного генератора, или только по величине, что характерно для индукторного бесщеточного генератора. Для образования магнитного потока достаточно пропустить через катушку электрический ток. Эта катушка образует обмотку возбуждения. Сталь, в отличие от воздуха, хорошо проводит магнитный поток. Поэтому основные узлы генератора, в которых происходит преобразование механической энергии в электрическую, состоят из стальных участков и обмоток, в которых создается магнитный поток при протекании в них электрического тока (обмотка возбуждения), и возникает электрический ток при изменении этого потока (обмотка статора). Обмотка статора с его магнитопроводом образует собственно статор, главную
неподвижную часть, а обмотка возбуждения с полюсной системой и некоторыми другими деталями, (валом, контактными кольцами) - ротор, главную вращающуюся часть. Питание обмотки возбуждения осуществляется от источника постоянного тока, например, от аккумуляторной батареи или от самого генератора. В последнем случае генератор работает на самовозбуждении, его первоначальное напряжение образуется за счет остаточного магнитного потока, который создается стальными частями ротора даже при отсутствии тока в обмотке возбуждения. Это напряжение вызывает появление электрического тока в обмотке возбуждения, в результате чего магнитный поток усиливается и вызывает лавинный процесс возбуждения генератора. Однако самовозбуждение генератора происходит на слишком высоких частотах вращения ротора. Поэтому в схему генераторной установки, если обмотка возбуждения не соединена с аккумуляторной батареей, вводят такое соединение через контрольную лампу мощностью 2-3 Вт., небольшой ток, поступающий через эту лампу в обмотку возбуждения, обеспечивает возбуждение генератора при низких частотах вращения ротора. При работе генератора напротив катушек обмотки статора устанавливается то южный, то северный полюс ротора, при этом направление магнитного потока, пронизывающего катушку, изменяется, что и вызывает появление в ней переменного напряжения.
Конструкция генераторов
Отечественные и зарубежные генераторы в принципе имеют идентичную конструкцию, в основу которой положена клювообразная полюсная система ротора (рис. 3. 8). Такая система позволяет создать многополюсную систему с помощью одной катушки возбуждения. По организации системы охлаждения генераторы можно разделить на два типа - традиционной конструкции, с вентилятором на приводном шкиве и компактной конструкции, с двумя вентиляторами у торцевых поверхностей полюсных половин ротора. В первом случае охлаждающий воздух засасывается вентилятором через вентиляционные окна в крышке со стороны контактных колец, во втором - через вентиляционные окна обеих крышек. Компактную конструкцию отличают наличие вентиляционных отверстий на цилиндрических частях крышек и усиленное оребрение. Малый диаметр внутренних вентиляторов позволяет увеличить частоту вращения ротора генераторов компактной конструкции, поэтому ряд фирм называет их высокоскоростными. Последние годы как в России, так и за рубежом новые разработки генераторов имеют обычно компактную конструкцию. Для автомобилей с высокой температурой воздуха в моторном отсеке или работающих в условиях повышенной запыленности, применяют конструкцию с поступлением забортного воздуха через кожух с патрубком и воздуховод. По общей компоновке генераторы разделяются на конструкции, у которых щеточный узел размещен во внутренней полости генератора, и конструкции с размещением его снаружи под специальным пластмассовым кожухом. В последнем случае контактные кольца ротора имеют малый диаметр, т. к. при сборке генератора они должны пройти через внутренний диаметр подшипника задней крышки. Уменьшение диаметра колец способствует повышению ресурса работы щеток.
Отечественные генераторы традиционной конструкции в основном выполняются либо с конструктивной преемственностью генераторов автомобилей ВАЗ, либо длительное время применявшихся на автомобилях многих марок генераторов Г250. На рис. 3. 10 представлен генератор 37. 3701, установленный на автомобили ВАЗ-2108 и др. На рис. 3. 13 представлен генератор компактной конструкции фирмы Bosch. Аналогичную конструкцию имеет генератор 9422,3701 автомобиля ВАЗ-2110 с электронным впрыском топлива, генератор 26.3701 автомобилей ВАЗ и АЗЛК. В этих генераторах щеточный, выпрямительный узлы и регуляторы напряжения закреплены на задней крышке под пластмассовым колпаком. Статор генератора устанавливается между крышками. Чем глубже статор утоплен в крышке, тем меньше вероятность, появления перекоса подшипников, установленных в крышках. Некоторые зарубежные фирмы выпускают генераторы, у которых статор полностью утоплен в переднюю крышку. Существуют конструкции, у которых средние листы пакета выступают над остальными и они являются
посадочным местом для крышки. Крепежные лапы и натяжное ухо отливаются заодно с крышками. Отличаем генераторов ВАЗ является наличие шпильки вместо натяжного уха. Отечественные генераторы традиционной конструкции имеют двухлапное крепление, крепежные лапы выполнены заодно с крышками. Зарубежные генераторы легковых автомобилей крепятся на двигателе обычно за одну лапу, которую имеет передняя крышка. Впрочем, однолапное крепление может осуществляться стыковкой приливов обеих крышек. На отечественных генераторах компактной конструкции расширяется применение однолапного крепления. Пакет статора отечественных генераторов набирается из стальных листов толщиной 0,5 - 1 мм. Однако более прогрессивной технологией является навивка пакета из ленты или набор его из стальных подковообразных сегментов, т. к. при этом снижается расход стали. Листы скреплены между собой сваркой. Генераторы устаревших конструкций имели 18 пазов на статоре под размещение обмотки, в настоящее время практически все генераторы массовых выпусков имеют 36 пазов. Пазы изолированы пленкоэлектрокартоном, полиэтилентерефталатной пленкой или напылением изоляции, обмотки выполняются проводами ПЭТ-200, ПЭТД-180, ПЭТВМ, ПЭСВ-3 и др. У распределенной обмотки секция разбивается на две полусекции, исходящие из одного паза, причем одна полусекция отходит влево, другая вправо. Петлевая обмотка имеет секции иди полусекции в виде катушек с лобовыми соединениями по обе стороны пакета статора, волновая же действительно напоминает волну, т к. ее лобовые соединения расположены поочередно то с одной, то с другой стороны статора. Соединение фаз производится, как правило, в "звезду", однако автоматическая намотка провода большого сечения затруднена, поэтому в генераторах повышенной, мощности применяют соединение в "треугольник" или две "звезды" параллельно ("двойная звезда"). После намотки обмотки пропитывается специальным лаком, что повышает их механическую и электрическую прочность, а также улучшает теплоотвод. Катушечная обмотка возбуждения имеет сопротивление которое определяется максимально допустимой величиной тока регулятора напряжения, наматывается на каркас или непосредственно на втулку ротора. Полюсные половины при сборке напрессовываются на вал ротора под давлением, чтобы уменьшить паразитные воздушные зазоры по торцам втулки, ухудшающие характеристики генератора. При запрессовке материал полюсных половин затекает в проточки вала, делая полюсную систему ротора трудноразборной. У генераторов легковых автомобилей значительную проблему составляет магнитный шум генератора. Для уменьшения этого шума клювы полюсной системы имеют небольшие скосы по краям. Некоторые фирмы применяют специальное немагнитноё противошумовоё кольцо, расположенное под острыми краями клювов и приваренное к ним. Кольцо не дает клювам приходить в колебание и излучать звук.
Отечественные генераторы оборудованы цилиндрическими медными кольцами, к которым припаяны или приварены концы обмотки возбуждения. В мировой практике встречаются кольца из латуни или нержавеющей стали, что снижает их износ и окисление, особенно во влажной среде. Встречаются также кольца, расположенные по торцу вала. Щеточный узел - это пластмассовая деталь, в которой установлены щетки двух типов - меднографитные и электрографитные. В отечественных генераторах применяются электрографитные щетки ЭГ51А размером 5х6х18мм и меднографитные М1 размером 6х6,5х13 мм. Электрографитные щетки имеют повышенное падение напряжения в
контакте с кольцами, что неблагоприятно сказывается на выходных характеристиках генератора, но они обеспечивают меньший износ колец. Выпрямительные узлы, применяющиеся на автомобильных генераторах, разделяются на два типа: либо это пластины-теплоотводы, в которые запрессовываются или к которым припаиваются диоды, а как вариант - в которых загерметизированы кремниевые переходы, либо это сильно оребренные конструкции, к которым припаиваются диоды таблеточного типа.
В трехфазных генераторах максимальный ток генератора не должен превышать утроенную величину максимально допустимого тока через диод, установленный в выпрямителе. Если это происходит, применяют параллельное включение диодов или выпрямителей. В дополнительном выпрямителе устанавливаются диоды на ток 2 А. Подшипниковые узлы генераторов - это, как правило, радиальные шариковые подшипники со встроенными в подшипник уплотнениями и одноразовой закладкой смазки. Посадка шариковых подшипников со стороны контактных колец на вал плотная, в крышку - скользящая, со стороны привода, наоборот, плотная посадка в крышку и скользящая на вал. Такая посадка оставляет возможность проворота наружной обоймы подшипника со стороны контактных колец в гнезде с последующим выходом его из строя. Для предотвращения проворота применяют резиновые кольца в посадочном месте (Г221А, Г222, 37. 3701), пластмассовые стаканчики (94. 3701), гофрированные стальные пружины и т. п. Привод генератора осуществляется клиновым или поликлиновым ремнем через шкив, установленный на валу ротора. Качество обеспечения питанием потребителей, в том числе заряд аккумуляторной батареи, зависит от передаточного числа ременной передачи, равного отношению диаметров ручьев шкивов коленчатого вала двигателя и генератора. Чем больше это число, тем больший ток может отдать потребителям генератор. Однако при больших передаточных числах происходит ускоренный износ ремня. Поэтому для клиновидных ремней это число не превышает 2,5. Более высокое передаточное число (до 3) возможно у поликлиновых ремней, применение которых расширяется вместе с генераторами компактной конструкции. Поликлиновый ремень способен, кроме генератора, приводить во вращение еще ряд агрегатов, в то время как клиновой ремень надежно работает лишь при индивидуальном приводе. На генераторах с диаметром вала под установку шкива до 17 мм (17 мм - наиболее распространенный в мире диаметр под шкив генераторов легковых автомобилей) шпонка под шкив обычно не устанавливается. Об отсутствии шпонки видно по шестиугольной выдавке в торце вала, за которую ключом удерживают вал при затяжке гайки шкива.
Порядок проведения работы.
Учебное место №1 Устройство генератора переменного тока.
1.Осмотреть учебный стенд генератор переменного тока. Уяснить и запомнить детали и узлы:
- корпус;
- крышки;
- статор;
- ротор;
- обмотка статора;
- токосъёмные кольца;
- диодный мост;
- обмотка возбуждения;
2.Уяснить и запомнить принцип работы генератора переменного тока:
3.Сложить плакаты. Подготовиться к смене учебного места.
Учебное место №2 Устройство деталей и агрегатов генератора переменного тока.
1.Осмотреть устройство деталей и агрегатов генераторов переменного тока. 2.Уяснить и запомнить принцип работы агрегатов и узлов генераторов переменного тока.
3.Сложить учебную литературу. Подготовиться к защите работы, ответив на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы:
1. Объясните назначение генератора.
2. Объясните явление электромагнитной индукции.
3. Объясните устройство статора автомобильного генератора.
4. Объясните устройство ротора автомобильного генератора.
5. Поясните от каких источников осуществляется питание обмотки возбуждения генератора.
6.Поясните как с помощью одной катушки возбуждения создается многополюсная магнитная система?
7. Поясните в каких пределах должно быть вырабатываемое автомобильным генератором напряжение для нормальной работы потребителей.
Тесты:
1.На работающем двигателе электрический ток к потребителям поступает...
А) во всех случаях только от генератора,
Б) во всех случаях от генератора и аккумуляторной батареи,
В) от генератора, а при определенных условиях от аккумуляторной батареи?
2. Интегральный регулятор в момент превышения напряжением расчетного значения...
А) включает в обмотку возбуждения добавочный резистор,
Б) кратковременно прерывает цепь обмотки возбуждения,
В) отсоединяет добавочный резистор от обмотки возбуждения?
3.К каким последствиям приводит плохой контакт между щетками и контактными кольцами в генераторе?
А) К значительному снижению мощности генератора.
Б) К снижению напряжения на клеммах генератора до 3—4 В при любой частоте
вращения коленчатого вала.
В) К снижению напряжения на клеммах генератора до 8-10 В.
Г) К короткому замыканию обмоток статора.
Д) К повышению напряжения на клеммах генератора.
Е) К отсутствию напряжения на выводных клеммах генератора.
4. К каким последствиям приводит пробой диода выпрямительного блока генератора?
А) К значительному снижению мощности генератора.
Б) К снижению напряжения на клеммах генератора до 3—4 В при любой частоте
вращения коленчатого вала.
В) К снижению напряжения на клеммах генератора до 8-10 В.
Д) К повышению напряжения на клеммах генератора.
Е) К отсутствию напряжения на выводных клеммах генератора.
5. К каким последствиям приводит обрыв обмотки возбуждения генератора?
А) К значительному снижению мощности генератора.
Г) К короткому замыканию обмоток статора.
Д) К повышению напряжения на клеммах генератора.
Е) К отсутствию напряжения на выводных клеммах генератора.
6.К каким последствиям приводит замыкание обмоток статора в генераторе на корпус?
А) К значительному снижению мощности генератора.
Б) К повышению напряжения на клеммах генератора.
В) К отсутствию напряжения на выводных клеммах генератора.
Литература:
1. Карунин А.Л. Конструкция автомобиля. Электрооборудование автомобилей. М. Горячая линия. Телеком 2005
2. Сажко В.А. Электрическое и электронное оборудование автомобилей. – Киев, Каравелла, 2004.
3. Резник А.М. Электрооборудование автомобилей. – М. Транспорт 1990.
4. Акимов С.В., и др. Электронное и электрическое оборудование автомобилей. М. Машиностроение 1988.
5. Бронштейн М.И., и др. Электрооборудование автомобилей. K. ИСИ, 1993.
6. Данов Б.А. Электронные системы управления иностранных автомобилей. М. Горячая линия, 2004.
7. Мазепа С.С., Куцик А.С. Электрооборудование автомобилей. – Львов. Львовская политехника 2004.
Пример ответов на тесты практического занятия №2
| Вопрос | Ответ |
| К | |
| Л | |
| М | |
| Н | |
| О | |
| П |
Практическое занятие №2
Ответы на тесты
Студент _____________________________ Группа ________________
| Вопрос | Ответ |
| - | - |
Практическое занятие №2
Ответы на тесты
Студент _____________________________ Группа ________________
| Вопрос | Ответ |
| - | - |
Практическое занятие №2
Ответы на тесты
Студент _____________________________ Группа ________________
| Вопрос | Ответ |
| - | - |