Принцип действия, преимущества и недостатки системы электроснабжения с дополнительным выпрямителем.

ВОПРОСЫ, ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К КОМПЛЕКСНОМУ ЭКЗАМЕНУ

Одобрено методической комиссией по специальности

«Электрооборудование автомобилей и тракторов»

Москва

УДК

ББК

Разработано в соответствии с Государственным образовательным стандартом ВПО 2000 г. для направления подготовки дипломированного специалиста 654500 (140600.65)- Электротехника, электромеханика и электротехнологии и специальности 180800 (140607.65) - Электрооборудование автомобилей и тракторов на основе примерной (рабочей) программы дисциплины «Теория, конструкция и расчет автотракторного электрооборудования»

Рецензенты: профессор кафедры «Автотракторное электрооборудование» МГТУ «МАМИ» А.В.Акимов

доцент кафедры «Электротехника и электрооборудование» МАДИ (ТУ) А.И. Фещенко

Работа подготовлена на кафедре «Автотракторное электрооборудование»

Проектирование и расчетоптических систем фар головного освещения автомобилей и тракторов: учебное пособие/ В.И. Коротков, Е.Э. Пахомова. – 2-е изд. – М.:

МГТУ «МАМИ», 2011. – 46с.

Учебное пособие содержит теоретические предпосылки и методику расчета оптической системы фар головного освещения, расчет призматических и линзовых элементов рассеивателя, необходимые расчетные таблицы и графики.

УДК

ББК

Принцип действия, преимущества и недостатки системы электроснабжения с дополнительным выпрямителем.

Рисунок 1.1 – Схема системы электроснабжения с генератором, имеющим дополнительный выпрямитель.

В данной схеме приняты следующие обозначения:

– обмотка статора (якоря) генератора;

– обмотка возбуждения генератора;

PH– регулятор напряжения;

– аккумуляторная батарея;

– выключатель зажигания.

– сигнальная лампа;

– бортовой вольтметр;

- резистор служит для подпитки обмотки возбуждения в режиме начального возбуждения генератора

Помимо основного выпрямителя с выводом «В+» в генератор введен дополнительный выпрямитель, вывод которого обозначен «Д+». Измерительный орган в регуляторе напряжения включен между выводами «В» и «М», а силовой транзистор между выводами «Ш» и «М»

Работа системы электроснабжения.

Режим I. Двигатель не запущен. Выключатель зажигания S разомкнут.

Потребители питаются от аккумуляторной батареи. Обмотка возбуждения LF₂ отключена от аккумуляторной батареи выключателем зажигания . Измерительный орган регулятора напряжения и управляющая цепь выходного транзистора постоянно находятся под напряжением аккумуляторной батареи через вывод «Б» регулятора напряжения. Но ток, протекающий по этой цепи, мал по величине (соизмерим с током саморазряда аккумуляторной батареи).

Режим II. Замыкается выключатель зажигания , но двигатель автомобиля не запущен.

Потребители питаются от аккумуляторной батареи. Обмотка возбуждения генератора получает питание от аккумуляторной батареи по цепи: «+» аккумуляторной батареи, выключатель зажигания , сопротивление и параллельно включенная ему сигнальная лампа , обмотка возбуждения LF₂, вывод «Ш» регулятора напряжения, выходной транзистор регулятора напряжения, вывод «М» регулятора напряжения, масса, «–» аккумуляторной батареи. Ток разряда аккумуляторной батареи через обмотку возбуждения в этой системе электроснабжения меньше чем аналогичный ток, протекающий в этом режиме в описанных ранее системах электроснабжения, так как он ограничивается резистором номиналом 80-100 Ом. В данном режиме горит сигнальная лампа, сигнализирую нормальную работу системы диагностики генератора.

Режим III. После пуска двигателя.

После пуска двигателя генератор приводится во вращение. Так как по обмотке возбуждения генератора протекает ток от аккумуляторной батареи, то происходит его начальное возбуждение. В этом режиме генератор питает потребители и заряжает аккумуляторную батарею от основного выпрямителя генератора. Обмотка возбуждения генератора получает питание по цепи: обмотка статора LF₁, диоды дополнительного выпрямителя генератора, вывод «Д+» генератора, обмотка возбуждения LF₂, вывод «Ш» регулятора напряжения, силовой транзистор регулятора напряжения, вывод «М» регулятора напряжения, нижняя группа диодов основного выпрямителя генератора, обмотка статора LF₁. Сигнальная лампа HL гаснет, так как напряжение между выводами генератора «Д+» и «В+» при нормальной работе генератора почти одинаково. Надо учитывать, что при большом токе нагрузки генератора напряжение на выводе «Д+» генератора несколько выше, чем на выводе «В+».

Режим IV. Отказ генератора.

В этом режиме напряжение на выводе «Д+» равно нулю. Поэтому ток течет по цепи: «+» аккумуляторной батареи, выключатель зажигания , сигнальная лампа , обмотка возбуждения LF₂, вывод «Ш» регулятора напряжения, силовой транзистор, вывод «М» регулятора напряжения, масса, «–» аккумуляторной батареи. При этом сигнальная лампа горит, сигнализируя, что генератор не работает. Также о работоспособности генератора можно судить по показателям бортового вольтметра .

Режим V. Остановка двигателя.

Размыкается выключатель зажигания и система электроснабжения возвращается в режим I.

Преимущества и недостатки системы электро-снабжения.

Преимущества:

а) небольшой по величине ток разряда аккумуляторной батареи на обмотку возбуждения в режиме, когда выключатель зажигания замкнут, а двигатель не запущен;

б) система полностью защищена от короткого замыкания обмотки возбуждения на массу. При коротком замыкании обмотки возбуждения на массу ток через нее не течет и это приводит к развозбуждению генератора. Ток короткого замыкания протекает по цепи: «+» аккумуляторной батареи, выключатель зажигания S, сопротивление R и параллельно включенная ему сигнальная лампа HL, место короткого замыкания на массу, «–» аккумуляторной батареи. Величина этого тока составляет доли ампера и ограничивается резистором R. При этом сигнальная лампа HL горит, сигнализируя об отказе генератора;

в) генератор в рассматриваемой системе электроснабжения имеет на 5-10% большую мощность, чем в системах электроснабжения без дополнительного выпрямителя. Это объясняется тем, что при большом токе нагрузки генератора падение напряжения на диодах основного выпрямителя ориентировочно на 0, 5 В больше чем падение напряжения на диодах дополнительного выпрямителя. Поэтому напряжение на выводе «Д+» больше на 0, 5 В чем на выводе «В+» генератора. Так как от дополнительного выпрямителя получает питание обмотка возбуждения генератора, то напряжение на ней выше, чем напряжение в сети автомобиля. Ток возбуждения при увеличении напряжения на обмотке возбуждения возрастает, а это приводит к увеличению максимального тока и мощности генератора.

Недостатки:

а) система сложнее предыдущих (из-за наличия дополнительного выпрямителя);

б) постоянно при неработающем двигателе автомобиля идет разряд аккумуляторной батареи на цепи управления регулятора напряжения.

Рисунок 2.1 – Схема системы электроснабжения с аналоговым регулятором напряжения, имеющим расширенные функциональные возможности

В данной схеме приняты следующие обозначения:

LF₁– обмотка статора (якоря) генератора;

LF₂– обмотка возбуждения генератора;

PH – регулятор напряжения;

GB – аккумуляторная батарея;

S – выключатель зажигания.

HL – сигнальная лампа;

pV – бортовой вольтметр;

Помимо основного выпрямителя с выводом «В+» в генератор введен дополнительный выпрямитель, вывод которого обозначен «Д+».

Выводы «Ф» генератора и регулятора напряжения служат для передачи сигнала, пропорционального частоте вращения генератора от генератора к регулятору напряжения. При достижении частотой вращения генератора определённой величины регулятор напряжения подает питание на обмотку возбуждения генератора. После этого последний возбуждается и начинает выдавать ток в сеть. При остановке генератора регулятор напряжения отключает обмотку возбуждения генератора, предотвращая разряд аккумуляторной батареи.

В данной схеме регулятор напряжения имеет два вывода- «Ш1» и «Ш2» для подключения обмотки возбуждения генератора. Наличие двух выводов позволяет включить последовательно в цепь возбуждения два силовых транзистора: один для регулирования напряжения, второй – для коммутации цепи возбуждения генератора.

Электрическая цепь из последовательно соединенных выключателя зажигания S и красной контрольной лампы служит для сигнализации отказа генераторной установки.

Работа системы электроснабжения.

Режим I. Двигатель не запущен. Выключатель зажигания S разомкнут.

Потребители питаются от аккумуляторной батареи. Обмотка возбуждения LF₂отключена от аккумуляторной батареи вторым транзистором регулятора напряжения.

Режим II. Замыкается выключатель зажигания S, но двигатель автомобиля не запущен.

Потребители питаются от аккумуляторной батареи. Обмотка возбуждения LF₂ по прежнему отключена от аккумуляторной батареи вторым транзистором регулятора напряжения, так как сигналы с фазы генератора нужной величины на вывод «Ф» регулятора не поступают. Сигнальная лампочка HL горит, получая питание от аккумуляторной батареи. Она сигнализирует отсутствие напряжения на генераторе.

Режим III. После пуска двигателя.

После пуска двигателя генератор приводится во вращение. При достижении определенной частоты вращения ротора напряжение фазы за счет остаточного намагничивания достигнет требуемой величины и регулятор откроет второй транзистор. По обмотке возбуждения генератора протекает ток от аккумуляторной батареи через выключатель зажигания S и лампочку HL, происходит его начальное возбуждение. После этого генератор питает потребители и заряжает аккумуляторную батарею от основного выпрямителя генератора. Обмотка возбуждения генератора получает питание по цепи: обмотка статора LF₁, диоды дополнительного выпрямителя генератора, вывод «Д+» генератора, вывод «Ш1» регулятора напряжения, обмотка возбуждения LF₂, вывод «Ш2» регулятора напряжения, силовые транзисторы регулятора напряжения, вывод «М» регулятора напряжения, нижняя группа диодов основного выпрямителя генератора, обмотка статора LF₁. Сигнальная лампа HL гаснет, так как напряжение между выводами генератора «Д+» и «В+» при нормальной работе генератора почти одинаково.

Режим IV. Отказ генератора.

В этом режиме напряжение на выводе «Д+» близко к нулю. Поэтому ток течет по цепи: «+» аккумуляторной батареи, выключатель зажигания S, сигнальная лампа HL, вывод «Д+» генератора, вывод «Ш1» регулятора напряжения, обмотка возбуждения LF₂, вывод «Ш2» регулятора напряжения, силовые транзисторы регулятора напряжения, вывод «М» регулятора напряжения, масса, «–» аккумуляторной батареи. При этом сигнальная лампа горит, сигнализируя, что генератор не работает.

Режим V. Остановка двигателя.

Размыкается выключатель зажигания S и система электроснабжения возвращается в режим I.

В некоторых системах электроснабжения дополнительный выпрямитель отсутствует. Тогда вывод красной сигнальной лампы подключается не к выводу «Д+», а к дополнительному выводу регулятора напряжения. В этом случае регулятор напряжения оснащается специальным узлом диагностики работоспособности генератора. Этот узел зажигает контрольную лампу, когда генератор не работает, а выключатель зажигания замкнут.

Преимущества системы электроснабжения:

- в случае отсутствия дополнительного выпрямителя – простая конструкция генератора;

- минимальный разряд аккумуляторной батареи через обмотку возбуждения генератора;

- надежная сигнализация отказа генератора.

Недостатки:

- сложная конструкция регулятора напряжения.

Однако при микроэлектронном исполнении регулятора это усложнение почти не скажется на его размерах и цене.

3. Система электроснабжения с цифровым регулятором напряжения, имеющим расширенные функциональные возможности

В настоящее время на современных автомобилях начали использоваться генераторные установки (генераторы со встроенными в них регуляторами напряжения), в которых регуляторы напряжения выполняются на цифровой базе и обладают расширенными функциональными возможностями.

Так, кроме выполнения основной функции - поддержания постоянным напряжения генератора, эти регуляторы напряжения за счёт усложнения их схемы решают следующие задачи:

- отключение цепи возбуждения генератора от аккумуляторной батареи при неработающем генераторе;

-сигнализация отказа генераторной установки;

-защита от короткого замыкания обмотки возбуждения генератора;

-уменьшение уровня напряжения генераторной установки при разгоне автомобиля (при этом электропотребители питает аккумуляторная батарея, а генератор перестает потреблять механическую энергию от двигателя, вся энергия последнего идет на разгон);

- уменьшение уровня напряжения генераторной установки в момент включения мощных электропотребителей (это позволяет избежать проскальзывания приводного ремня генератора и уменьшает его износ);

- защита обмотки возбуждения от перегрева;

- оптимизация режима заряда аккумуляторной батареи;

- уменьшение частоты вращения холостого хода двигателя внутреннего сгорания автомобиля с соответствующим уменьшением расхода топлива.

Рисунок 3.1. - Система электроснабжения с цифровым регулятором напряжения, имеющим расширенные функциональные возможности

В представленной системе электроснабжения регулятор напряжения выполнен на цифровой элементной базе по толстопленочной технологии гибридных интегральных схем.

Он состоит из интегральной микросхемы irvr101, усилительного каскада на полевом транзисторе, гасящего диода (на схеме защитного диода), пассивных элементов.

Связь бортового компьютера с регулятором осуществляется через интерфейс LIN.

Регулятор напряжения получает от бортового компьютера следующую информацию:

- уставку напряжения (требуемую величину напряжения генератора),

- скорость переключения транзистора,

-силу тока возбуждения,

- сигналы блокирования (запирания полевого транзистора),

- включение режима LRS – переключение электропотребителей на питание от аккумуляторной батареи при разгоне автомобиля.

В обратном направлении из регулятора в бортовой компьютер поступает информация:

- частота вращения ротора генератора,

- сила тока возбуждения или температура обмотки возбуждения,

-информация о неполадках с разделением по характеру неисправностей: механическая, электрическая, превышение температуры и т.д.

Работа регулятора напряжения

Регулятор напряжения включается в работу сигналом с бортового компьютера.

После включения он поддерживает величину относительного времени открытого состояния 18, 75%.

При достижении напряжением фазы генератора 2 В, а частотой вращения ротора 1200 об./мин. происходит полное открытие полевого транзистор и начальное самовозбуждение генератора.

После этого регулятор поддерживает постоянным напряжение на выходе генератора на уровне задаваемом бортовым компьютером или, в случае отсутствия связи с компьютером, по установке самого регулятора.

При окончании работы полевой транзистор запирается при уменьшении напряжения фазы генератора до 0, 6 В, а частоты вращения ротора генератора до 600 об./мин.

В случае прерывания связи регулятора с бортовым компьютером регулятор способен выполнять почти все функции, которые он выполнял по сигналам бортового компьютера. Этим обеспечивается надежность работы системы.

Рисунок 4.1 – Процесс самовозбуждения генератора при отсутствии аккумуляторной батареи.

далее Ud_Г1 создает больший ток возбуждения IB₁, который создает большее напряжение Ud_Г2 и так далее. Процесс самовозбуждения завершается в точке 1, где Ud_Г=UB. Эта точка соответствует установившемуся режиму работы.

В данном случае начальное возбуждение происходит. Однако возможны и другие варианты.

Рисунок 4.2 – Влияние сопротивления в цепи возбуждения на процесс начального возбуждения генератора.

Как было указано выше, начальное возбуждение генератора возможно, если сопротивление в цепи возбуждения будет меньше или равно критической величине. Прямая UB₂ является касательной к характеристике холостого хода Ud_Г. Это значит, что величина сопротивление RB₂ является критической для начального возбуждение генератора. При сопротивлении RB₁начальное возбуждение не произойдет (UB₁ и Ud_Г не пересекаются). А при сопротивлении RB₃ (прямая UB₃) будет иметь место надежное начальное возбуждение.

В автомобильных и тракторных генераторах, работающих при переменной частоте вращения, для сопротивления в цепи его обмотки возбуждения RB существует критическая частота вращения ротора, при которой начальное возбуждение произойдет.

На рисунке 4.2, б показано графическое определение критической частоты вращения ротора для начального возбуждения генератора. Прямая линия соответствует зависимости напряжения на обмотке возбуждения от тока возбуждения. Зависимости n₁, n₂, n₃ являются характеристиками холостого хода при трех разных частотах вращения. Из анализа рисунка 4.2, б видно, что при частоте вращения ротора n₂ прямая линия является касательной к характеристике холостого хода. Поэтому частота вращения n₂ является критической для начального возбуждения генератора. При большей частоте вращения n₁ происходит надежное начальное возбуждение, а при меньшей частоте n₃ –начальное возбуждение не произойдет.

Рисунок 5.1 – Кривая намагничивания магнитной цепи генератора

Характеристика холостого хода генератора представлена на рисунке 5.2.

Так как при увеличении частоты вращения напряжение генератора также увеличивается, характеристика холостого хода при большей частоте вращения ротора идет выше.

Рисунок 5.2 – Характеристика холостого хода генератора

Данная характеристика имеет несколько характерных точек и участков. Точка 1 соответствует напряжению, имеющему место из-за остаточного намагничивания генератора (2-4% от максимальной величины выходного напряжения генератора Ud_Гмакс). Участок от точки 1 до точки 2 соответствует ненасыщенной магнитной цепи генератора. Участок от точки 2 до точки 3 (колено) – это участок перехода от ненасыщенной магнитной цепи к насыщенной. Точка 3 и участок далее соответствуют насыщенной магнитной цепи генератора.

Напряжение генератора увеличивается также с увеличением конструктивного коэффициента С_е, который пропорционален количеству витков в фазе генератора. Таким образом, чем больше витков фазе генератора, тем выше идет характеристика холостого хода.

Выпрямленное напряжение генератора пропорционально фазному напряжению. Коэффициент пропорциональности зависит от схемы выпрямителя и схемы соединения фаз. Схема выпрямителя в большинстве случаев одинакова- трехфазный выпрямительный мост, а схема соединения фаз влияет так – при «звезде» характеристика идет выше, чем при «треугольнике», так как линейное напряжение при «звезде» выше в раз, а на вход выпрямителя подается линейное напряжение.

Рисунок 6.1 – Токоскоростная характеристика генератора.

При увеличении частоты вращения ротора генератора возрастают электродвижущая сила обмотки статора и соответственно выходное напряжение генератора Id_Г. Так как по условию Ud_Г = const,

то требуется компенсировать это увеличение напряжения за счет повышения величины тока нагрузки генератора. Поэтому при увеличении частоты вращения ротора ток нагрузки генератора возрастает.

Автомобильные генераторы разрабатываются таким образом, чтобы они могли выдерживать длительную работу при максимальном токе нагрузки.

Это обеспечивается тем, что ток по токоскоростной характеристике при частоте вращения ротора близкой к максимальной почти не изменяется. Такие генераторы имеют самоограничение по току.

Токоскоростная характеристика является основной для автомобильных генераторов. Она имеет несколько характерных точек и соответствующих им параметров.

-Точка 1 характеризуется начальной частотой вращения ротора генератора без нагрузки n_xx и током на выходе генератора Id_Г, равным нулю.

-Точке 2 соответствует расчетная частота вращения ротора и расчетный ток на выходе генератора. В расчетном режиме имеет место максимальный нагрев обмотки статора генератора и максимальный электромагнитный момент генератора. Под электромагнитным моментом генератора понимают параметр, численно равный отношению его электромагнитной мощности к угловой частоте вращения ротора - . Электромагнитная мощность равна мощности привода генератора за вычитом механических потерь на трение и вентиляцию, а также потерь на перемагничивание и вихревые токи в статоре генератора. Поэтому приблизительно в расчетной точке токоскоростной характеристики требуется максимальный момент от привода.

-Точке 3 – максимальные значения частоты вращения и тока на выходе генератора.

-Номинальным током генератора (на рисунке не показан) является величина его выходного тока по токоскоростной характеристике при определенной частоте вращения ротора генератора. Эта частота вращения для отечественных генераторов обычно составляет 5000 об./мин, а для иностранных генераторов- 6000 об./мин.

Рисунок 7.1 – Влияние типа возбуждения на токоскоростную характеристику генератора.

независимого возбуждения больше аналогичного тока в режиме самовозбуждения на величину тока возбуждения.

-Нагретое и холодное состояние генератора.

Под холодным состоянием генератора понимается такое состояние, при котором температура всех его частей и узлов равна температуре окружающей среды, величина которой должна быть в пределах (23 5) .Температура воздуха определяется в точке на расстоянии 5 см от воздухозаборника генератора. Под нагретым состоянием генератора понимают установившееся тепловое состояние с заданным током нагрузки в режиме снятия токоскоростной характеристики. Влияние температурного режима сказывается на токоскоростную характеристику по-разному в зависимости от типа возбуждения.

Независимое возбуждение.

При независимом возбуждении ток возбуждения не зависит от температуры, так как характеристика снимается при определённом значении тока возбуждения. Сопротивление же обмотки статора увеличивается с увеличением температуры. В режиме холостого хода ток в обмотке статора отсутствует, и активное падение напряжения в обмотке статора тоже отсутствует. Поэтому в режиме независимого возбуждения холодное или нагретое состояние генератора никак не сказывается на начальной частоте вращения ротора без нагрузки.

При максимальном токе нагрузки и максимальной частоте вращения ротора генератора активное падение напряжения значительно меньше реактивного, так как реактивное падение напряжения пропорционально частоте вращения и при максимальной частоте вращения ротора - максимально. Поэтому при большой частоте вращения ротора токоскоростные характеристики генератора в холодном и нагретом состояниях близки друг к другу. Температура оказывает существенное влияние на токоскоростную характеристику при малых и средних частотах вращения ротора, когда активное и индуктивное сопротивления обмотки статора соизмеримы по величине. Увеличение активного сопротивления обмотки статора при возрастании температуры приводит к увеличению падения напряжения в обмотке статора и уменьшению напряжения генератора.

Рисунок 7.2 – Токоскоростные характеристики нагретого и холодного генератора:

а) – независимое возбуждение; б) – самовозбуждение.

Так как токоскоростная характеристика снимается при постоянной величине напряжения, то компенсировать уменьшение напряжения следует увеличением частоты вращения ротора генератора

Самовозбуждение.

В режиме самовозбуждения токоскоростная характеристика снимается при величине тока возбуждения, зависящей от активного сопротивления обмотки возбуждения

(7.1)

где Ud_Г- напряжение на выходе генератора,

RB - сопротивлениецепи возбуждения генератора.

С увеличением температуры это сопротивление увеличивается, а ток возбуждения уменьшается. Поэтому в нагретом состоянии магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, меньше, чем в холодном. Следовательно, и величина электродвижущей силы у нагретого генератора, меньше чем у холодного. Это уменьшение электродвижущей силы компенсируется увеличением частоты вращения ротора генератора. Поэтому начальная частота без нагрузки нагретого генератора выше, чем у холодного. Так как электродвижущая сила нагретого генератора меньше, чем у холодного, то максимальный ток на выходе нагретого генератора будет меньше, чем у холодного.

-Наличие регулятора напряжения и длинных соединительных проводов в цепи обмотки возбуждения.

Величину тока в цепи возбуждения можно выразить следующей формулой.

(7.2)

где Δ U_PH – падение напряжения в силовом органе регулятора;

R_Пр– сопротивление проводов, соединяющих регулятор напряжения с обмоткой возбуждения.

Из этой формулы видно, что чем больше сопротивление проводов и падение напряжения в регуляторе, тем меньше значение тока возбуждения, как следствие меньше магнитный поток в рабочем воздушном зазоре и электродвижущая сила генератора. Это уменьшение компенсируется увеличением начальной частоты вращения ротора генератора без нагрузки. Кроме того, чем меньше электродвижущая сила, тем меньше максимальный ток на выходе генератора (рисунок 7.3, а).

Рисунок 7.3 б – Влияние на токоскоростную характеристику генератора следующих факторов: а) – наличия регулятора напряжения и сопротивления проводов в цепи обмотки возбуждения; б) – наличия дополнительного плеча и дополнительного выпрямителя в выпрямительном блоке.

-Наличие дополнительного плеча и дополни-тельного выпрямителя в выпрямительном блоке.

Дополнительное плечо позволяет выпрямлять высшие гармоники фазного тока, например, для трехфазного генератора гармоники кратные трем, для пятифазного- пяти, что дает возможность повысить максимальный ток на выходе генератора примерно на 10 %. Наличие дополнительного выпрямителя, служащего для питания обмотки возбуждения генератора, при больших токах генератора обеспечивает напряжение на обмотке возбуждения на 0, 5 В больше, чем напряжение на основном выпрямителе. Это приводит к увеличению тока возбуждения, как следствие электродвижущей силы и максимального тока на выходе генератора. Влияние этих факторов на токоскоростную характеристику показано на рисунке 8.4, б, где кривая 1 соответствует токоскоростной характеристике генератора, имеющего дополнительное плечо и дополнительный выпрямитель. Кривая 2 соответствует наличию в генераторе только дополнительного плеча. Кривая 3 – для генератора без дополнительного плеча и дополнительного выпрямителя.

-Величина напряжения, при котором снимается токоскоростная характеристика.

Влияние этого фактора показано на рисунке 7.4, а.

Чем больше напряжение, при котором снимается токоскоростная характеристика, тем при большей частоте вращения ротора оно достигается. Поэтому начальная частота вращения ротора без нагрузки при большем значении напряжения генератора- больше. Максимальный ток генератора возрастает с ростом напряжения генератора из-за того, что повышение напряжения достигается увеличением электродвижущей силы его обмотки статора, а максимальный ток пропорционален электродвижущей силе.

Рисунок 7.4 – Влияние на токоскоростную характеристику выходного напряжения генератора и количества витков в фазе его обмотки статора

Количество витков в фазе обмотки статора генератора.

Влияние количества витков в фазе на токоскоростную характеристику генератора показано на рисунке 7.4, б. Начальная частота вращения ротора без нагрузки обратно пропорциональна числу витков. Поэтому чем больше витков, тем меньше эта частота. Уменьшение максимального тока генератора с ростом числа витков фазы статора электродвижущая сила генератора Е₀пропорциональна числу витков в фазе, а синхронное индуктивное сопротивление х_с – квадрату числа витков. Максимальный ток генератора пропорционален электродвижущей силе и обратно пропорционален синхронному индуктивному сопротивлению, которое с ростом числа витков возрастает быстрее электродвижущей силы.

Рисунок 8.1 – Схема выпрямительного блока с двенадцатью диодами.

Следует отметить, что удвоения тока генератора при увеличении в два раза числа диодов не происходит, так как ток между двумя параллельными диодами распределяется неравномерно. От выпрямительного блока показанного на рисунке 8.1 с диодами на 20 А можно получить ток 90-100 А. Для того, чтобы обеспечить больший выходной ток генератора можно увеличить количество фаз обмотки статора. Число фаз выбирается нечетным, например 5, 7, 9 и так далее. При использовании четного числа фаз количество пульсаций выпрямленного напряжения уменьшается в 2 раза по сравнению с нечетным числом фаз, а их амплитуда растет, что отрицательно сказывается на качестве выходного напряжения генератора.

На на спецавтомобилях используется пятифазный генератор с пятифазным основным выпрямительным мостом и трехфазным дополнительным выпрямителем для питания обмотки возбуждения.

Токи в обмотке возбуждения невелики, поэтому использовать пятифазный выпрямитель нецелесообразно. Для питания обмотки возбуждения используется трехфазный выпрямительный мост, подключаемый так, чтобы напряжение на его выходе было максимальным.

В современных генераторах иногда используются трехфазные выпрямительные мосты, имеющие 4 плеча.

Четвертое плечо входом подключается к нейтрали обмотки статора и служит для выпрямления высших гармоник. Дело в том, что в реальном генераторе форма фазного напряжения отличается от синусоиды. Она представляет собой сумму гармоник – первой, частота которой совпадает с частотой фазного напряжения, и высшими, для трехфазных генераторов, главным образом третьей.

Рисунок 8.2 – Схема выпрямительного блока для генератора с пятью фазами и дополнительным выпрямителем.

Рисунок 8.3 – Особенности работы выпрямителя с дополнительным плечом.

Сдвиг 120° между фазами генератора для первой гармоники соответствует сдвигу 360°для третьей гармоники, 720° для шестой гармоники и так далее для гармоник, кратных трем. Поэтому третьи гармоники и гармоники кратные трем разных фаз трехфазного генератора имеют векторы направленные одинаково (Uф₁_m_ги Uф₂_m_г на рисунке 8.3, а). В линейных напряжениях, которые являются векторной суммой двух фазных напряжений, гармоники, кратные трем, уничтожаются (Uл = Uл’).

Рисунок 8.4 – Фазное напряжение в виде суммы синусоид первой и третьей гармоник.

Обычный выпрямитель не выпрямляет третьи гармоники, так как он выпрямляет линейное напряжение.

Для того, чтобы использовать мощность, развиваемую третьей гармоникой, к выпрямителю добавляют дополнительное плечо. Это плечо подключается к нейтральной точке обмотки статора (см. рисунок 5.8, б). Таким образом на вход выпрямительного блока подаются фазные напряжения, в которых содержатся гармоники кратные трем. Поэтому выпрямитель, показанный на рисунке 5.8, б дополнительно выпрямляет гармоники кратные трём. Применение дополнительного плеча увеличивает мощность генератора на 5 – 15 %.

На дорогих автомобилях устанавливается сложная электроника, которая очень чувствительна к перенапряжениям. Для избавления от перенапряжений вместо диодов в выпрямительном блоке применяются стабилитроны, напряжение стабилизации которых в 1, 5 раза больше чем напряжение генератора.

Рисунок 8.5 – Схема выпрямительного моста с применением стабилитронов.

Если мгновенное значение напряжения на выходе генератора превзойдет трехкратное номинальное напряжение генератора, то стабилитроны пробьются и подгрузят генератор дополнительным током, что приведет к понижению амплитуды импульса выходного напряжения генератора.

Рисунок 9.2 - К расчету часовой отдачи генератора с использованием интегральной кривой скоростного режима генератора

Рисунок 11.1 – Зависимость магнитного потока от тока возбуждения индукторного генератора.

Минимальный магнитный поток Ф_мин имеет место, когда зубец ротора находится на одной оси с пазом ротора. Воздушный зазор между зубцом статора и ротором в этом случае велик. Магнитное сопротивление воздушного зазора не зависит от величины тока возбуждения и имеет большую величину. Поэтому зависимость магнитного потока от величины тока возбуждения носит линейный характер, как показано на рисунке 11.1. Из этого рисунка видно, что разность между магнитными потоками Ф_макс и Ф_мин при увеличении тока возбуждения сначало возрастает, а затем уменьшается. Этот факт оказывает влияние на характеристику холостого хода.

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒