Генераторы переменного тока

 

 

 

РЕФЕРАТ

По дисциплине: «Устройство автомобиля»

 

На тему:

Генераторы переменного тока

 

 

 

 

Содержание

 

Стр.

Введение	3
I. Устройство и работа генератора переменного тока	3
II. Т.О. генератора	8
III. Диагностика генератора	9
Список использованной литературы	10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Генератор служит для преобразования механической энергии в электрическую, необходимую для питания всех приборов электрооборудования автомобиля (кроме стартера) и для заряда аккумуляторной батареи.

Он является основным источником электрической энергии на автомобиле.

В настоящее время на автомобилях получили широкое распространение генераторы переменного тока, что вызвано преимуществами их конструкции перед генераторами постоянного тока: меньшая масса при той же мощности, большой срок службы, меньший расход меди (в 2—2,5 раза), возможность повышения передаточного числа от двигателя к генератору до 2,5— 3,0. В этом случае на оборотах холостого хода двигателя генератор отдает до 25—50% своей мощности, что улучшает условия заряда аккумуляторной батареи на автомобиле, а, следовательно, и ее срок службы.

 

I. УСТРОЙСТВО И РАБОТА ГЕНЕРАТОРА

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

 

Вал генератора приводится во вращение от шкива, установленного на коленчатом валу двигателя, клиновидным ремнем. Передаточное число клиноременной передачи 1,7—2,0. При движении автомобиля частота вращения коленчатого вала при холостом ходе у современных двигателей составляет 500—600 об/мин, максимальная частота 4000—5000 об/мин. Таким образом, кратность изменения частоты вращения двигателя, а, следовательно, и вала генератора может достигать 8 — 10. Напряжение генератора зависит от частоты вращения его вала. Чем выше частота, тем больше напряжение генератора. Однако все приборы электрооборудования автомобиля, особенно лампы и контрольно-измерительные

приборы, рассчитаны на питание  от постоянного напряжения 12 или 24 В. Поддержание постоянства напряжения генератора независимо от изменения частоты вращения и нагрузки генератора (включения потребителей) выполняет специальный прибор, называемый регулятором напряжения.

При снижении частоты  вращения коленчатого вала двигателя  ниже 500-700 -об /мин напряжение генератора становится меньше напряжения аккумуляторной батареи. Если батарею не отключить от генератора, она начнет разряжаться на генератор, что может привести к перегреву изоляции обмоток генератора и разряду аккумуляторной батареи. При увеличении частоты вращения коленчатого вала двигателя необходимо вновь включить генератор в систему электрооборудования. Включение генератора в систему электрооборудования,  когда его напряжение выше напряжения аккумуляторной батареи, и отключение генератора от сети, когда его напряжение ниже напряжения аккумуляторной батареи, выполняет специальный прибор, называемый реле обратного тока.

Генератор рассчитан  на отдачу определенной максимальной для данного генератора величины тока, однако при неисправности в системе электрооборудования (разряженная аккумуляторная батарея, короткое замыкание и т. д.) генератор может отдавать ток больший, чем тот, на который он рассчитан. Длительная работа генератора в таком режиме приведет к его перегреву и сгоранию изоляции обмоток. Для защиты генератора от перегрузки служит специальный прибор, называемый ограничителем тока.         

Все три прибора —  регулятор напряжения, реле обратного  тока и ограничитель тока—объединены  в одном устройстве, называемом реле-регулятором.

В некоторых генераторах, например Г-250, переменного тока реле обратного тока и ограничитель тока могут отсутствовать, но в конструкции генератора имеются устройства, выполняющие функции этих приборов.

 

На рис. 1 показано устройство генератора переменного тока Г-250. Генератор имеет статор 6 с трехфазной обмоткой, выполненной в виде отдельных катушек, насаженных, на зубцы статора. В каждой фазе имеется по шесть катушек, соединенных последовательно. Фазные обмотки статора соединены звездой, и их выходные зажимы подключены к выпрямительному блоку 10.

Рис. 1

Устройство генератора переменного  тока Г-250

 

Корпус статора набран из отдельных пластин электротехнической стали. Обмотка возбуждения 4 генератора выполнена в виде катушки и помещена на стальной втулке клювообразных полюсов ротора 13. Втулка, клювообразные полюсы ротора и контактные кольца 5 жестко закреплены на валу 3 ротора (прессовая посадка на накатку). Магнитное поле, создаваемое обмоткой возбуждения, проходя через торцы клювообразных полюсов, образует северные и южные  полюсы на роторе (рис. 2) (Е.В. Михайловский, «Устройство автомобиля», с. 163).

 

Рис.2

Ротор

 

При вращении ротора магнитное поле полюсов ротора пересекает витки катушек обмотки статора, индуктируя в каждой фазе переменную э.д.с.

(рис. 3,б).

 

Рис. 3

Схема выпрямления переменного  тока

 

Ток в обмотке возбуждения  подводится через щетки 8 (рис.1) и контактные кольца 5, к которым припаяны концы обмотки возбуждения. Щётки укреплены в щеткодержателе 9.

Статор генератора с  помощью стяжных болтов закреплен  между крышками 1 и 7, которые имеют кронштейны крепления генератора к двигателю. В крышке 1 со стороны привода вверху имеется резьбовое отверстие для крепления натяжной планки, с помощью которой регулируется натяжение приводного ремня генератора. Крышки отлиты из алюминиевого сплава.

С целью уменьшения износа посадочное место под шарикоподшипник  в задней крышке 7 и отверстия в кронштейнах крышек армированы стальными втулками.

В крышках установлены  шариковые подшипники 2 и 12 с двусторонним уплотнением и смазкой, заложенной на весь срок службы подшипника.

На выступающий конец  вала 3 ротора крепится наружный вентилятор 14 (рис. 1) и шкив 15. В крышках имеются вентиляционные окна, через которые проходит охлаждающий воздух. Направление движения охлаждающего воздуха — от крышки со стороны контактных колец к вентилятору.

В крышке со стороны контактных колец устанавливается выпрямительный блок 10, собранный из кремниевых вентилей (диодов), допускающих рабочую температуру корпуса плюс 150°С.

 

Рис. 4

Типы выпрямительных блоков

 

Выпрямительный блок ВБГ-1. (рис. 4) состоит из трех моноблоков, соединенных в схему двухполупериодного трехфазного выпрямителя

(рис. 3,а)

Каждые два вентиля  выпрямителя размещены в моноблоке, выполняющем одновременно роль радиатора и токопроводящего зажила средней точки схемы 3. В корпусе моноблока-радиатора 4 имеются два гнезда, в которых собраны р-п-переходы выпрямительных вентилей. В одном гнезде р-п-переход имеет на корпусе р-зону, а в другом — п-зону.   Противоположные зоны переходов имеют гибкие выводы 9, которые соединяют моноблок с соединительными шинами 2. Отрицательная шина выпрямительного блока соединена с корпусом генератора. В более поздних конструкциях выпрямительных блоков БПВ-4-45 (рис. 4,б) на ток 45 А применяют кремниевые вентили типа ВА-20, которые запрессованы в теплоотводы 12 отрицательной и положительной полярности по три вентиля в каждый. Теплоотводы изолированы один от другого пластмассовыми втулками-изоляторами 13. Обратный ток вентилей не превышает 3 мА, а собранного блока —10 мА. Для генераторов с максимальной мощностью до 1200 Bт  (Г-228) применяют кремниевые выпрямительные блоки ВБГ-7-Г на ток 80 А (рис. 4, в) или БПВ-7-100. В блоках БПВ-7Т и БПВ-7-100 применены вентили ВА-20 по два параллельно в каждом плече, по шесть вентилей в каждом теплоотводе. Блок БПВ-7-100 на ток 100 A и его электрическая схема показаны на  рис. 4, г.

Для снижения уровня радиопомех в блоках, ВБР-7-Г и, БПВ-7-100 установлен параллельно зажимам «+», и «—» генератора конденсатор ёмкостью 4,7 мкФ. Общий вид  вентиля BA-20 показан на рис. 5. Номинальный ток вентиля 20 А., Для упрощения схемы, электрических  соединений вентили выпускаются в двух исполнениях — с прямой и обратной полярностью корпусам (рис. 5, б). В вентилях прямой полярности «+» выпрямленного будет на корпусе, в вентилях обратной полярности будет «—» выпрямленного тока. 

Вентили прямой и обратной полярности различаются цветом маркировки, наносимой краской на  донышке  корпуса.  Вентили прямой полярности: («+» на корпус) помечают красной краской, а вентили обратной полярности ( «—» на корпус) — черной.

 

Рис. 5

Кремниевый вентиль ВА-20

 

    Электрическая схема соединения обмоток генератора и выпрямителей показана на рис 3, а. При вращении ротора генератора в каждой фазе индуктируется переменное напряжение  изменение которого за один период показано на рис. 3, б. После выпрямления кривые фазного напряжения примут вид изображенный на рис. 3,в. Выпрямленное напряжение  будет почти постоянным, (линия 1 на рис. 3,в),  причем частота пульсаций выпрямленного напряжения будет в шесть раз больше, чем частота в фазных обмотках (Ю.И. Боровских, «Устройство автомобилей», с. 183).

С увеличением, частоты  вращения повышается частота тока, индуктированного в фазных отмотках генератора переменного тока, и возрастает индуктивное сопротивление обмоток. Поэтому при большой частоте, вращения ротора, когда генератор может отдавать максимальную мощность, не возникает опасности его перегрузки, поскольку сила тока генератора ограничивается повышенным индуктивным сопротивлением его обмоток. Это явление в генераторах  переменного тока называется  свойством самоограничения. Автомобильные генераторы Г-250, Г-270, Г-221 и другие сконструированы таким образом, что не нуждаются в ограничителе тока.

Свойство вентилей пропускать ток только в одном направлении (от генератора к аккумуляторной  батарее) исключает необходимость установки в реле-регуляторе реле обратного тока. Таким образом,  реле-регуляторе работающем  с автомобильным генератором переменного тока, может применяться только регулятор напряжения. Это значительно упрощает конструкцию и снижает размеры, вес и стоимость реле-регулятора. Пути тока через  вентили выпрямителя при прохождении обмотками первой фазы северного и южного полюсов ротора показаны на  рис. 3, а  стрелками. Как видно из схемы, при наличии в обмотках первой фазы переменного по направлению тока ток в цепи нагрузки (Rн) будет постоянным. Аналогично происходит процесс и в других фазах.

 

 

 

II. Т.О.  ГЕНЕРАТОРА

 

Отказами и неисправностями  генератора являются: обрыв или короткое замыкание  в обмотке статора  генератора или в обмотке возбуждения, нарушение контакта щеток с кольцами и искрение щеток, износ подшипников  генератора, поломка или ослабление пружины щеткодержателей, пробой диодов в выпрямителе, ослабление натяжения (чрезмерное натяжение) приводного ремня.

Неисправности генератора обнаруживаются по показаниям амперметра или сигнальной лампы. Амперметр  при неисправном генераторе будет  показывать разряд, а сигнальная лампа будет гореть при работающем двигателе. Нарушение контакта щеток с кольцами возникает от загрязнения, обгорания или их износа, выкрашивания или износа щеток, а также ослабления или поломки нажимных пружин щеток. Загрязнение кольца следует протереть чистой тряпкой, обгоревшие кольца прочистить стеклянной бумагой, изношенную щетку заменить новой и притереть ее по кольцу.

 

 

 

 

III. ДИАГНОСТИКА ГЕНЕРАТОРА

 

Диагностирование генераторов  сводится к проверке ограничивающего  напряжения и работоспособности генератора. Для выполнения этой операции необходимо включить вольтметр параллельно потребителям тока. Ограничивающее напряжение проверяют при включенных потребителях тока (подфарниках и габаритных фонарях) и повышенной частоте вращения коленчатого вала двигателя. Оно должно быть в диапазоне 13,5-14,2 В. Работоспособность генератора оценивают по напряжению при включении всех потребителей на частоте вращения, соответствующей полной отдаче генератора, которое должно быть не ниже 12 В. Однако подобная методика проверки не может выявить характерные, хотя и редко встречающиеся неисправности генератора, такие, как обрыв или замыкание обмоток статора на массу, обрыв  или пробой диодов выпрямителя, ввиду значительных резервов работоспособности генератора.

Эти неисправности легко выявляются по характерному виду осциллограмм, связанному в первую очередь с увеличением диапазона колебания напряжения. При исправной работе генератора диапазон колебаний напряжения в сети не превышает 1-1,2 В, который обусловливается периодическим включением в цепь нагрузки первичной обмотки катушки зажигания. Это легко читается по осциллограмме осциллографа мотортестера (Элкон S-300, Элкон S-100А, К-461, К-488).

При одном пробитом (закороченном) диоде в результате его выпрямляющих свойств диапазон колебания напряжения возрастает до 2,5-3 В. при общем снижении частоты его колебаний. Средний уровень напряжения, показываемый вольтметром, при этом не меняется, однако выбросы напряжения приводят к снижению долговечности аккумуляторной батареи и других элементов электрооборудования (В.Л. Роговцев, «Устройство и эксплуатация автотранспортных средств», с.391).