Характеристики генераторов переменного тока

Основными характеристиками генераторов переменного тока являются: 1) внешняя; 2) скоростная регулировочная и 3) токоскоростная характеристики.

Внешняя характеристика – это зависимость выходного напряжения генератора от выходного тока U_г(I_г) при постоянной частоте вращения (n = const). Она может определяться при самовозбуждении и при независимом возбуждении.

При увеличении нагрузки (а значит и силы тока) происходит снижение выходного напряжения генератора (рис.1.9). Причинами этого являются: 1) падение напряжения в обмотках статора; 2) размагничивающее действие реакции якоря, уменьшающей магнитный поток в воздушном зазоре; 3) падение напряжения в цепи выпрямителя; 4) в случае самовозбуждения – падение напряжения на обмотке возбуждения. Из семейства внешних характеристик определяется максимальный ток, который обеспечивается при заданном или регулируемом значении напряжения.

Рис. 1.9. Внешняя характеристика генератора переменного тока с независимым возбуждением

Скоростная регулировочная характеристика I_в(n) – зависимость тока в обмотке возбуждения от частоты вращения генератора при постоянном напряжении на выходе генератора (рис.1.10, а). Минимальное значение тока возбуждения определяется при токе нагрузки генератора, равном нулю, и максимальной частоте вращения. Скоростные регулировочные характеристики позволяют определить диапазон изменения тока возбуждения с изменением нагрузки при постоянном напряжении.

Токоскоростная характеристика I_г(n) – зависимость выходного тока генератора от частоты вращения генератора при постоянном напряжении на выходе генератора (рис.1.10, б).

Рис. 1.10. Характеристики генератора переменного тока при U_г=const: а – скоростная регулировочная характеристика; б – токоскоростная характеристика

Все автомобильные генераторы обладают свойством самоограничения максимального тока: при изменении частоты вращения генератора в зоне больших частот сила тока генератора остается неизменной.. Это связано с тем, что с увеличением частоты вращения ротора генератора, а следовательно, с увеличением частоты индуцированного в обмотке статора переменного тока увеличивается индуктивное сопротивление обмотки статора генератора. При большой частоте вращения генератора полное сопротивление цепи Z_ц, в которую включен генератор, становится практически равным индуктивному сопротивлению X_L обмотки статора, так как в этом случае X_L> > R_н (R_н – сопротивление нагрузки). ЭДС генератора и индуктивное сопротивление X_L обмотки статора изменяются, как известно, пропорционально частоте вращения генератора n. Поэтому при изменении частоты вращения генератора в диапазоне больших частот сила тока генератора остается неизменной:

 

ЛЕКЦИЯ 5

Регуляторы напряжения

Выходное напряжение генератора зависит от трех величин: 1) частоты вращения его ротора, 2) выходной силы тока генератора и 3) силы тока в обмотке возбуждения генератора. Так как первые две величины в автомобильном генераторе постоянно изменяются, то для обеспечения стабильного напряжения необходимо соответствующим образом воздействовать на силу тока в обмотке возбуждения генератора. Для этого в генераторную установку вводится регулятор напряжения.

Любой регулятор напряжения (рис. 1.11) содержит измерительное устройство, устройство сравнения; задающее устройство и устройство воздействия. Измерительное устройство преобразует выходное напряжение генератора в величину, пропорциональную этому напряжению. Устройство сравнения сравнивает величину на выходе измерительного устройства с эталонной величиной. Эталонной величиной может быть как напряжение, так и любая другая достаточно стабильная физическая величина, например, сила натяжения пружины в вибрационных и контактно-транзисторных регуляторах. Значение эталонной величины устанавливается с помощью задающего устройства. В зависимости от результатов сравнения устройство сравнения формирует соответствующий сигнал и подает его наустройство воздействия. Устройство воздействия непосредственно влияет на силу тока, протекающего через обмотку возбуждения генератора.

Рис. 1.11. Структурная схема регулятора напряжения

По своей конструкции регуляторы делятся на вибрационные (реле-регуляторы), контактно-транзисторные и бесконтактные (транзисторные) регуляторы.

В вибрационных регуляторах устройством сравнения является электромагнитное реле. При повышенном напряжении на выходе генератора это реле своими контактами включает в цепь питания обмотки возбуждения добавочный резистор. При пониженном напряжении добавочный резистор отключается (шунтируется). Основным недостатком вибрационных регуляторов является искрение контактов, вызывающее их ускоренный износ.

Контактно-транзисторный регулятор работает аналогично вибрационному. Отличие заключается в том, что контакты электромагнитного реле, входящего в состав контактно-транзисторного регулятора, служат для управления транзистором. Транзистор работает в ключевом режиме и выполняет ту роль, которую в вибрационном регуляторе выполняют контакты электромагнитного реле. Так как управление транзистором осуществляется малыми токами, то износ контактов в контактно-транзисторном регуляторе существенно ниже, чем в вибрационном.

Общим недостатком вибрационных и контактно-транзисторных регуляторов является нестабильность регулируемого напряжения, вызываемая старением возвратной пружины электромагнитного реле. Этот недостаток полностью исключается в бесконтактных регуляторах напряжения (рис. 1.12).

Рис. 1.12. Принципиальная схема бесконтактного регулятора напряжения

Функции задающего устройства и устройства сравнения в бесконтактном регуляторе напряжения выполняют стабилитрон VD и транзистор VT2, функцию измерительного устройства – делитель напряжения на R2 и R3, функцию устройства воздействия – резистор R_д, транзистор VT1 и резистор R1. При снижении напряжения генератора ниже регулируемого значения стабилитрон VD закрывается, вследствие чего закрывается транзистор VT2, обеспечивая открытие транзистора VT1. Открытый транзистор VT1 шунтирует добавочный резистор R_д, что приводит к возрастанию тока, питающего обмотку возбуждения генератора. Повышение напряжения на выходе генератора вызовет пробой стабилитрона VD (снижение его сопротивления). Поэтому транзистор VT2 перейдет в открытое состояние, а транзистор VT1 – в закрытое. Ток, питающий обмотку возбуждения генератора, снизится, так как в этом случае он будет протекать не через открытый транзистор VT2, а через добавочный резистор R_д.

Разновидностью бесконтактных регуляторов являются интегральные регуляторы, представляющие собой микросхему, имеющую небольшие размеры и способную работать при высоких температурах. Поэтому интегральные регуляторы легко встраиваются в генератор, что положительно сказывается на надежности генераторной установки в целом.

Бортовая электрическая сеть

Бортовая электрическая сеть - это совокупность средств, обеспечивающих соединение источников и потребителей электрической энергии. Основными элементами электрической сети являются: соединительные провода, средства защиты цепей от перегрузок (предохранители, автоматические выключатели), средства коммутации (выключатели, переключатели) и различные соединительные и распределительные устройства. Соединение потребителей в основном осуществляется по однопроводной схеме. В качестве второго провода используется корпус автомобиля. Достоинствами такого соединения являются уменьшение расхода меди, упрощение монтажа проводки. Недостатками являются увеличенная возможность замыкания между проводами и корпусом.

Предохранители используются для защиты электрических цепей от перегрузок. На автомобилях широко применяются плавкие и термобиметаллические предохранители.

Плавкие предохранители имеют плавкую вставку, которая рассчитывается на длительное протекание тока номинального значения. При увеличении тока на 50 % она расплавляется в течение 1 мин. Используемые в настоящее время плавкие предохранители делятся на цилиндрические, штекерные и пластинчатые. Цилиндрические предохранители - самые массовые на российских автомобилях. Их достоинством является простота определения сгоревшего предохранителя. Недостатком является ненадежность контакта при ослаблении прижимных лапок на блоке. Штекерные предохранители международного стандарта имеют штекеры, залитые в корпус из цветной пластмассы: светлокоричневый – 5 А, темнокоричневый – 7, 5 А, красный – 10 А, синий – 15 А, желтый – 20 А, белый – 25 А, зеленый – 30 А. Достоинствами этих предохранителей является компактность и надежность, недостатками – сложность визуального определения сгорания предохранителя. Предохранители в виде пластинчатых вставок рассчитаны на ток 30 и 60 А. Они закрепляются на блоках винтами.

Термобиметаллические предохранители делятся на предохранители много- и однократного действия. В их состав входит биметаллическая пластина, которая при повышении тока в результате нагрева изгибается и размыкает электрическую цепь. В предохранителях многократного действия после остывания биметаллической пластины электрическая цепь восстанавливается. В предохранителях однократного действия для восстановления электрической цепи необходимо нажать специальную кнопку.

Коммутационная аппаратура включает в себя различные типы выключателей и переключателей.

Основным коммутационным устройством на автомобиле является выключатель с приводом от замкового устройства – замок-выключатель. Замок-выключатель обеспечивает включение первичной цепи системы зажигания, контрольно-измерительных приборов, стартера, стеклоочистителя, радиоприемника и других устройств. На автомобилях с карбюраторным двигателем замок-выключатель называют выключателем зажигания, а на автомобилях с дизелем – выключателем приборов и стартера.

 

ЛЕКЦИЯ 6

Система пуска

Система пуска предназначена для принудительного вращения вала ДВС. Наибольшее распространение получила электростартерная система пуска (рис. 2.1). Она состоит из аккумуляторной батареи, стартерной цепи (провода, коммутационная аппаратура), стартера, средств облегчения пуска и ДВС.

Рис. 2.1. Структурная схема электростартерной системы пуска

Стартер

Автомобильный стартер служит для сообщения коленчатому валу двигателя определенной начальной частоты вращения. У карбюраторных двигателей эта частота должна быть равна 50...100 об/мин, у дизелей – 150...200 об/мин. Пусковой ток у стартеров различного типа достигает 100...800 А.

Стартер современного автомобиля (рис. 2.2) состоит из электродвигателя 10, приводного механизма и тягового реле. Приводной механизм обеспечивает ввод и удержание шестерни стартера в зацеплении с венцом маховика во время пуска, предохранение якоря стартерного электродвигателя от разноса вращающимся маховиком работающего двигателя. Тяговое реле является одновременно и частью приводного механизма, обеспечивая его перемещение по оси вала якоря, и частью стартерной цепи, замыкая в конце хода якоря тягового электромагнита силовые контакты цепи питания стартерного электродвигателя. В качестве стартерного электродвигателя часто применяются электродвигатели постоянного тока с последовательным возбуждением, так как в этом случае обеспечивается большой пусковой момент. Недостатком этих двигателей является значительная частота вращения при холостом ходе, что вызывает разрушение якоря. Данный недостаток частично устраняется использованием электродвигателей смешанного возбуждения, имеющих дополнительную параллельную обмотку возбуждения. К общим недостаткам двигателей постоянного тока следует отнести повышенный износ электрических контактов в коллекторно-щеточном механизме, вызванный трением и искрением контактов.

Рис. 2.2. Схема стартера с электромагнитным включением: 1—аккумуляторная батарея; 2—выключатель; 3—обмотка тягового реле; 4—подвижный сердечник (якорь); 5—пружина; 6—рычаг; 7—шестерня; 8—вал электродвигателя; 9—маховик; 10—электродвигатель

После пуска двигателя частота вращения коленчатого вала не должна передаваться через шестерню обратно на стартер. В противном случае возможен разнос якоря стартера. Поэтому усилие от вала якоря к шестерне у большинства стартеров передается через муфту свободного хода (рис.2.3), или обгонную муфту. Муфта обеспечивает передачу крутящего момента только в одном направлении – от вала якоря к маховику.

Рис. 2.3. Схема действия сил в роликовой муфте свободного хода

При включении стартера ролики муфты заклиниваются между обоймами муфты. Благодаря этому, крутящий момент от наружной ведущей обоймы передается роликами на внутреннюю обойму. После запуска ДВС наружная обойма становится ведомой, ролики расклиниваются и муфта начинает пробуксовывать (w₂> w₁). Основными силами, действующими в роликовой муфте при включении стартера, являются: сила тяги F_тяги1, действующая со стороны наружной обоймы на ролики; сила тяги F_тяги2, действующая со стороны роликов на внутреннюю обойму; сила трения F_тр1 (F_тр2 ) между поверхностями роликов и внешней обоймы (поверхностями роликов и внутренней обоймы); сила прижимной пружины F_пр. Муфта работает без пробуксовывания, если F_тяги1< F_тр1 и F_тяги2< F_тр2.

Одним из основных параметров муфты является угол заклинивания a. В зависимости от него изменяются силы трения F_тр1, F_тр2 и нагрузка, действующая на обоймы привода.

В стартерах большой мощности (более 5 кВт) роликовые муфты работают ненадежно. Поэтому для них разработаны специальные конструкции приводов. Примером таких конструкций является храповая муфта свободного хода. Принцип действия этой муфты следующий. При передаче вращающего момента от вала стартера к венцу маховика возникает осевое усилие, прижимающее ведомую и ведущую половины храповой муфты. Как только ДВС запускается, происходит пробуксовка храповой муфты. Во время пробуксовывания ведущая половина отодвигается от ведомой и фиксируется в этом положении сухарями, смещающимися в радиальном направлении под действием центробежных сил. При выключении стартера ведомая половина прижимается к ведущей и при этом воздействует на сухари, заставляя их занять исходное положение.

Для увеличения вращающего момента на коленчатом валу применяется понижающая передача (с передаточным отношением 10...15), позволяющая использовать в стартерах быстроходные двигатели, требующие для своего производства небольшой расход активных материалов и имеющие малые габариты и массу. В настоящее время широкое распространение получают высокооборотные стартеры с встроенным редуктором. Редуктор устанавливается между ротором электродвигателя и шестерней, сидящей на выходном валу стартера. Наиболее перспективным редуктором является планетарный редуктор Джемса (рис. 2.4). Его достоинствами является симметричность передаваемых усилий и высокий КПД. При этом преимущества стартеров с редуктором проявляются, начиная с мощности примерно 1 кВт.

Рис. 2.4. Планетарный редуктор: 1 – сателлит; 2 – солнечное зубчатое колесо; 3 – коронное зубчатое колесо

Для маломощных стартеров, устанавливаемых на карбюраторных ДВС с небольшим рабочим объемом, применение редуктора не сокращает общую массу. Для них целесообразно применение непосредственного привода.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: