Устройство генераторной установки

Генераторная установка переменного тока состоит из трех­фазного синхронного генератора с электромагнитным возбужде­нием, выпрямителя и регулятора напряжения вибрационного, контактно-транзисторного или бесконтактного типа.

В зависимости от способа контроля заряда аккумуляторной батареи существуют две схемы соединения генераторной установ­ки: схема с амперметром (рис. 1) и схема с контрольной лампой (рис. 2). Во избежание разряда аккумуляторной батареи на об­мотку возбуждения генератора регулятор напряжения включают в общую цепь через выключатель зажигания.

Особенностью автомобильного трехфазного синхронного гене­ратора (рис. 3) является применение клювообразных полюсов и обмотки возбуждения, состоящей из одной катушки.

В отличие от синхронных явнополюсных генераторов общепро­мышленного назначения в автомобильных генераторах с клюво-образными полюсами магнитные потоки отдельных полюсов (по­казаны на рис. 3 пунктиром) замыкаются через сердечник ротора и образуют полный магнитный поток генератора, равный сумме магнитных потоков всех полюсов одинаковой полярности. Это дает возможность применить одну сосредоточенную обмотку воз­буждения простой формы и расходовать на ее изготовление ми­нимальное количество проводникового материала — меди. Концы обмотки возбуждения выводят к контактным кольцам, располо­женным на валу ротора.

В отечественных генераторах число полюсов ротора равно 12. Ротор генератора (рис. 3) состоит из вала с закрепленными на нем втулкой с катушкой возбуждения и полюсными наконечни­ками (клювами). Роторы всех генераторов проходят динамиче­скую балансировку. Для балансировки в полюсах надсверливают на небольшую глубину отверстия диаметром 4—8 мм в зависи­мости от размеров генератора. У некоторых типов генераторов, например Г502, полюсные наконечники отжигают для улучшения их магнитных свойств.

Пакет статора набирают из листов электротехнической стали. В пазах статора размещают трехфазную обмотку. Число пазов может быть различным при одном и том же числе полюсов ро­тора и определяется типом трехфазной обмотки и электрическими характеристиками генератора.

При открытом пазе (рис. 4, а) витки обмотки удерживаются текстолитовым клином. При полузакрытом пазе (рис. 4, б) про­вода обмотки при многовитковых катушках закрепляют хлорви

ниловыми трубками, деревянны­ми или бумажными клиньями. Если катушка обмотки статора имеет один виток, то размеры паза подбирают таким образом, что какого-либо закрепления проводов в пазу не требуется (рис. 4, в).

Пазы всех типов изолируются электрокартоном, пленкокартоном или специальным компаун­дом. Для обмоток статора и воз­буждения используют провода с изоляцией различными лаками марок ПЭВ1, ПЭВ2, ПЭТВ, ПЭТВТ, ПЭС и др. Обмотки грех фаз статора при мощности генератора до 500—700 Вт сое­диняются в звезду, при большей мощности — в треугольник или в двойную звезду. Это вызвано тем, что при возрастании мощ­ности генератора увеличивается диаметр провода обмотки стато­ра и намотка становится затруд­нительной — толстый провод трудно гнется. Соединение в тре­угольник или в двойную звезду позволяет уменьшить силу тока в проводе обмотки и, следова­тельно, использовать более тон­кий провод.

Схему обмотки статора по ти­пу одинарной звезды можно ис­пользовать для генераторов с числом пазов на полюс и фазу 0,5; 1 и 2. Каждая фаза содер­жит шесть непрерывно намотан­ных катушек (рис. 5 и 6), содер­жащих, каждая несколько вит­ков.

Поскольку схема соедине­ния катушек между собой не зависит от числа витков в катуш­ке, то все катушки изображены одновитковыми. Начала и концы всех трех фаз обмотки статора обозначены соответственно бук­вами Н и К. Для соединения в звезду концы всех фаз K1, К2 и К3. соединяются между собой и образуют нулевую точку обмотки. Начала трех фаз Н1, Н2 и Н3 соединяются с выводами. Соединение треугольником применяется редко из-за сложности монтажа катушек: конец первой фазы К1 соединяется с началом второй фазы Н2, конец второй К2 — с началом третьей Н3; конец третьей К3 с началом первой фазы К1 и от всех этих точек соеди­нения подводятся провода к выводным зажимам.

Рис. 3. Схема устройства автомобильного генератора переменного тока: 1 - обмотка возбуждения; 2 - клювообразные полюса; 3 - контактные кольца; 4 - щеткодержатешь; 5 - статор; 6 – трехфахзная обмотка статора; 7 – крышка со стороны привода; 8 – шкив; 9 – вентилятор; 10 – крышка со стороны контактных колец

При соединении в двойную «звезду» каждая фаза состоит из двух параллельных ветвей, в каждой ветви по три непрерывно намотанных катушки (рис. 7).

С целью уменьшения размеров лобовых частей катушек и, сле­довательно, уменьшения габаритов генератора иногда использу­ют обмотку, в которой каждую катушку делят на две части (на­мотка «в развал») и укладывают, как показано на рис. 8.

Вместо того чтобы, например, полное число витков первой катушки первой фазы наматывать в пазы 1— 4, а второй — в пазы 7— 10, наматывают в пазы 1— 4 только половину витков первой катушки. Затем в пазы 4—7 наматывают вторую половину вит­ков первой катушки в обратном направлении и т.д. (рис. 8). При таком способе намотки торцевые части катушек 1— 4 и 4—7 бу­дут иметь только половинное число витков и будут, следователь­но, иметь меньший размер («вылет») в осевом направлении. Та­ким же образом наматывают катушки остальных фаз.

На рис. 8 более детально показана намотка катушек только первой фазы.

Рис. 4. Форма пазов статора:

а — открытая; б — полузакрытая; в — полузакрытая при одновитковых катушках

Рис. 5. Схема обмотки статора при соединении фаз в звезду и числе пазов 18:

Н1, Н2 Н3 — начала фаз;

К1 K2, K2 — концы фаз

Рис. 6. Схема обмотки статора при соединении фаз в звезду и числе пазов 36:

Н1, H2 Н3 — начала фаз;

K1 К2. К3 — концы фаз

Рис. 7. Схема соединений обмоток фаз статора в двойную звезду (число па­зов 18): Н1 H2, Н3 К1 K2 К3 — начала и концы фаз первой звезды; Н4 Н5. Н6: К4, K5,К6 — начала и концы фаз второй звезды;
H_I , H_II,H_III – выводы фаз обмоток статора

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;

Н_I,H_II , H_III — 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.