Генераторные установки автомобиля – Автомобильные генераторы переменного тока и принцип работы — 30 Ноября 2014 — АвтоБлог

Содержание

Устройство генераторной установки автомобиля

Введение

Автомобильный генератор, непременно входящий в состав оборудования любого транспортного средства, можно сравнить с ролью электростанции в снабжении энергией потребностей народного хозяйства.

Он является основным (при работающем двигателе) источником электроэнергии в машине и предназначен через электрические провода, опутывающие весь автомобиль изнутри, поддерживать заданное и стабилизированное напряжение электросети автомашины. Принцип работы автомобильного генератора основан на теоретическом представлении работы классического электрического генератора, трансформирующего неэлектрические виды энергии в электрическую.

В конкретном случае автомобильного генератора выработка электрической энергии происходит посредством трансформации механического вращательного движения коленчатого вала моторного агрегата.

Общий принцип работы

Теоретические предпосылки, лежащие в основе схемы функционирования электрогенераторов, базируются на широко известном случае электромагнитной индукции, трансформирующей один вид энергии (механический) в другой (электрический). Действие этого эффекта проявляется при помещении медных проводов, уложенных в виде катушки, и помещённых в магнитное поле переменной величины.

Это способствует появлению в проводах электродвижущей силы, которая приводит в движение электроны. Это движение электрических частиц порождает в проводах ток, а на оконечных контактах проводов возникает электрическое напряжение, по уровню напрямую зависящее от того, с какой скоростью изменяется магнитное поле. Выработанное таким образом переменное напряжение необходимо подавать во внешнюю сеть.

В автомобильном генераторе для создания магнитного явления используются обмотки статора, в котором под воздействием поля вращается якорь ротора. На валу якоря размещены токопроводящие обмотки, подключенные к специальным контактам в виде колец. Эти кольцевые контакты также закреплены на валу и вращаются вместе с ним. С колец с помощью токопроводящих щёток и происходит съём электрического напряжения и подача выработанной энергии электропотребителям транспортного средства.

Запуск генератора осуществляется посредством приводного ремня от фрикционного колеса коленчатого вала моторного агрегата, который для начала работы запускается от аккумуляторного источника. Для обеспечения эффективной трансформации производимой энергии диаметр шкива генератора должен заметно уступать в диаметре фрикционному колесу коленвала. Это обеспечивает более высокие обороты вала генераторного агрегата. В этих условиях он функционирует с повышением своего КПД и обеспечивает повышенные токовые характеристики.

Требования

Чтобы обеспечить безопасную работу в заданном диапазоне характеристик всего комплекса электроустройств работа автомобильного генератора должна удовлетворять высоким техническим параметрам и гарантировать выработку стабильного во времени уровня напряжения.

Основным требованием к автомобильным генераторам является стабильная выработка тока с требуемыми мощностными характеристиками. Эти параметры призваны обеспечивать:

  • подзарядку аккумуляторной батареи;
  • одновременное функционирование всего задействованного электрооборудования;
  • стабильное напряжение электросети в широком диапазоне изменения частот вращения вала ротора и динамически подключаемых нагрузок;

Кроме вышеперечисленных параметров, генератор конструируется с учётом его работы в условиях критических нагрузок и должен обладать прочным корпусом, иметь при этом малую массу и приемлемые габаритные размеры, обладать невысокими шумовыми параметрами и приемлемым уровнем производимых промышленных радиопомех.

Устройство и конструкция автомобильного генератора

Крепление

Генератор автомобиля можно легко обнаружить в моторном отсеке, подняв крышку капота. Там он закреплён болтами и специальными уголками к фронтальной части двигателя. На корпусе генератора размещены крепёжные лапы и натяжная проушина устройства.

Корпус

В корпусной коробке генератора установлены почти все блоки агрегата. Он производится с применением металлов лёгких сплавов на основе алюминия, который превосходно подходит для выполнения задачи по отводу тепла. Конструкция корпуса представляет собой соединение двух основных частей:

  • фронтальной крышки со стороны контактных колец;
  • торцевой заглушки со стороны привода;

На фронтальной крышке закреплены щётки, регулятор напряжения и выпрямительный мост. Объединение крышек в единую конструкцию корпуса происходит посредством специальных болтов.

Внутренние поверхности крышек фиксируют внешнюю поверхность статора, закрепляя его положение. Также важными конструктивными узлами корпусной конструкции являются фронтальный и тыловой подшипники, которые обеспечивают должные условия функционирования ротора и закрепляют его на крышке.

Ротор

Конструкция роторного узла состоит из схемы электромагнита с обмоткой возбуждения, смонтированной на несущем валу. Сам вал изготавливается из легированной стали дополненной свинцовыми присадками.

На вал ротора также закреплены медные контактные кольца и специальные подпружиненные щёточные контакты. Контактные кольца отвечают за подачу тока на ротор.

Статор

Статорный узел — это конструкция, состоящая из сердечника с многочисленными пазами (в большинстве используемых случаев их количество равно 36), в которые уложены витки трёх обмоток, имеющих между собой электрический контакт или по схеме «звезда», или по схеме «треугольник». Сердечник, именуемый также магнитопроводом, изготовлен в виде полой сферической окружности из металлических пластин, стянутых между собой заклёпками или заваренных в единый монолитный блок.

Для повышения на статорных обмотках уровня напряжённости магнитного поля в процессе производства этих пластин используется трансформаторное железо с усиленными магнитными параметрами.

Регулятор напряжения

Этот электронный узел разработан для компенсации нестабильности вращения роторного вала, который соединён с коленвалом силового агрегата автомобиля, функционирующего в широком интервале изменения числа оборотов. Регулятор напряжения подключен к графитовым токосъёмникам и способствует стабилизации заданного постоянного выходного напряжения, поступающего в электросеть машины. Этим он гарантирует бесперебойную эксплуатацию электрооборудования.

По своему конструкторскому решению регуляторы подразделяются на две группы:

К первому типу относятся электронные блоки, на конструктивной плате которых смонтированы радиоэлементы, разработанные с применением дискретной (корпусной) технологии, отличающейся неоптимальной плотностью компоновки элементов.

Ко второму типу относится большинство современных электронных блоков регулировки напряжения, разработанных с учётом интегрального способа компоновки радиоэлементов, изготовленных на основе тонкоплёночной микроэлектронной технологии.

Выпрямитель

Ввиду того что для правильного функционирования бортовых приборов требуется постоянное напряжение, выход генератора запитывает сеть автомашины через электронный узел, собранный на мощных выпрямительных диодах.

Этот 3-фазный выпрямитель, состоящий из шести полупроводниковых диодов, три из которых подключены на минусовый вывод («массу»), а три других подсоединены к плюсовому контакту генератора, предназначен для трансформации переменного напряжения в постоянное. Физически блок выпрямителя состоит из подковообразного металлического теплоотвода с размещёнными на нём выпрямительными диодами.

Щёточный узел

Этот узел имеет вид пластмассовой конструкции и сконструирован для передачи напряжения на контактные кольца. Содержит внутри корпуса несколько элементов, главные из которых — подпружиненные щёточные скользящие контакты. Они бывают двух модификаций:

  • электрографитные;
  • меднографитные (более износостойкие).

Конструктивно щёточный узел зачастую изготавливается в одном блоке с регулятором напряжения.

Система охлаждения

Отвод избыточного тепла, которое образуется внутри корпуса генератора, обеспечивают вентиляторы, закреплённые на его валу ротора. Генераторы, у которых щётки, регулятор напряжения и выпрямительный блок вынесены наружу, за пределы его корпуса и защищённые специальным кожухом, забирают свежий воздух через специальные охлаждающие щели в нём.

Крыльчатка внешнего охлаждения генератора

Устройство классической конструкции, с размещением вышеупомянутых узлов внутри генераторного корпуса, обеспечивают поступление свежего воздушного потока со стороны контактных колец.

Режимы работы

Для уяснения принципа работы автомобильного генератора необходимо представлять и режимы его эксплуатации.

  • начальный период запуска двигателя;
  • рабочий режим двигателя.

В первоначальный момент запуска двигателя основным и единственным потребителем, расходующим электрическую энергию, является стартёр. Генератор ещё не участвует в процессе выработки энергии, и поступление электроэнергии в этот момент предоставляет только аккумулятор. Ввиду того что сила потребляемого тока при этой схеме очень велика и может достигать сотен ампер, АКБ приходится интенсивно расходовать запасённую ранее электрическую энергию.

После окончания процесса запуска двигатель выходит на рабочий режим, а генератор при этом становится полноправным поставщиком электропитания. Он вырабатывает ток, необходимый для функционирования различного электрооборудования, подключающегося в работу. Вместе с этой функцией генератор производит заряд аккумулятора при работающем двигателе.

После набора аккумулятором необходимого резервного заряда, необходимость в процессе подзарядки уменьшается, потребление тока заметно падает, а генератор продолжает поддерживать работу только электрооборудования. По мере подключения в работу других ресурсоёмких потребителей электроэнергии, мощности генератора в отдельные моменты времени может не хватать для обеспечения суммарной нагрузки и тогда в общую работу включается аккумулятор, работа которого в этом режиме характеризуется при этом быстрой потерей заряда.

Заключение

Автомобильный генератор сконструирован и рассчитан на электропитание штатных электроприборов и подзарядку аккумулятора трансформацией механической энергии коленвала силового агрегата в электрическую.

Генератор располагается под капотом на фронтальной части двигателя. Конструкция генератора содержит в себе основные узлы — корпус, статор, ротор, подшипники, регулятор напряжения, выпрямительный мост, щёточный узел и вентиляторы.

Для питания бортовой сети транспортного средства предусмотрено два источника тока. И водителю очень важно разбираться в принципах работы автомобильного генератора, который наряду с аккумуляторной батареей, предназначен для обеспечения энергией электрооборудования машины.

К надёжности и стабильности устройств такого рода предъявляются жесткие требования.

В Российской Федерации производимое и используемое электрооборудование должно соответствовать ГОСТ Р 52230-2004. Документ устанавливает общие технические условия, которые распространяются и на стартерные аккумуляторы автомобилей. Упомянутый национальный стандарт полностью соответствует международным нормативам, что позволяет использовать на отечественных машинах компоненты иностранного производства.

На заре автомобилестроения и вплоть до 60-х годов прошлого века в бортовых сетях использовались генераторы постоянного тока — капризные и маломощные. С появлением полупроводниковых (селеновых и кремниевых) выпрямителей на машины стали ставить агрегаты переменного тока. Они втрое меньше по массе и при той же нагрузке обеспечивают более высокую стабильность выходного тока.

Для чего в автомобиле нужен генератор?

Генератор используется для поддержания в бортовой сети определенных напряжения и тока. Основное назначение генератора автомобиля состоит в обеспечении устойчивого питания электрооборудования при работающем двигателе – в частности, для:

  • Заряда аккумулятора.
  • Питания всех потребителей электрического тока в нормальных условиях.
  • Питания потребителей совместно с АКБ при экстремальной эксплуатации.

Применение автомобильного генератора позволяет восстанавливать заряд аккумулятора, который расходуется на запуск двигателя при помощи стартера. При этом напряжение в бортовой сети пребывает в строго установленных пределах, превышающих электрохимический потенциал пластин батареи.

Разобравшись в вопросе, для чего нужен генератор в автомобиле, необходимо понять, что в случае отказа агрегата двигатель проработает еще какое-то время за счет аккумулятора. Продлить этот период можно, отключив все второстепенные потребители: вентилятор отопителя, кондиционер, аудиосистему. По исчерпании заряда батареи двигатель заглохнет.

Устройство и конструкция автомобильного генератора

Трехфазные электроагрегаты переменного тока, устанавливаемые на современных машинах, могут быть 2-х видов: стандартный и компактный. Общее устройство автомобильных генераторов 2-х видов одинаково — они состоят из следующих элементов:

  • Шкива с валом и подшипниками.
  • Ротора с контактными кольцами.
  • Обмоток статора.
  • Корпуса генератора.
  • Регулятора напряжения.
  • Выпрямительного устройства.
  • Щеточного узла.

Конструкции автомобильных генераторов различаются только особенностями компоновки. При одинаковых электрических параметрах стандартные агрегаты значительно крупнее малоразмерных. Компактность обеспечивается за счет использования современных материалов и технологий.

Вот из чего состоит электрогенератор и какие функции выполняют его компоненты:

  • Шкив обеспечивает передачу вращения от коленвала на ротор с помощью ремня.
  • Корпус генератора имеет две крышки (переднюю, заднюю) и нужен для соединения элементов в единую конструкцию. На наружной поверхности размещены кронштейны, с помощью которых устройство крепится на двигателе.
  • Ротор представляет собой вал, на котором установлены обмотки возбуждения и контактные кольца из электротехнической меди.
  • Статор включает в себя магнитопровод из пакета стальных пластин, в которых вырезаны фигурные пазы. В них уложены трехфазные обмотки из одножильного медного провода, где и генерируется ток.
  • Регулятор напряжения изготавливается в виде отдельного блока или комбинируется со щеточным узлом. Основное назначение — управление работой генератора путем изменения тока в обмотке возбуждения.
  • Выпрямительное устройство по схеме Ларионова состоит из двух частей: алюминиевых теплоотводов, в каждый из которых запрессовано по три силовых диода. Вентили обеспечивают преобразование переменного напряжения в постоянное, что используется в бортовой сети для питания электрооборудования.
  • Передача напряжения на обмотку возбуждения производится через специальный узел и цилиндрические контактные кольца. Щетки делаются из специальных сортов графита и устанавливаются в держателе с направляющими, изготовленными из диэлектриков. Для обеспечения плотного контакта они подпружинены, а напряжение на них подается по проводу, запрессованному в основание.

Разбираясь с устройством генератора современного автомобиля, следует выделить в нем механическую и электрическую часть. Первая (к которой относятся шкив и два подшипника ротора) обеспечивает его вращение в корпусе. Вторая часть собственно генерирует электрический ток для запитывания бортовой сети. Описываемая схема автомобильного генератора впервые была применена в изделиях американской фирмы «Невиль» в 1946 году. Такими устройствами комплектовались военные машины и автобусы.


Основные параметры генератора

Основные номинальные параметры определяются исходя из технических требований к конструкции конкретной модели транспортного средства:

  • Напряжение. В соответствии с ГОСТ 52230-2004 выбирается из диапазона от 7,14 и до 28 В.
  • Ток отдачи.
  • Частота возбуждения и самовозбуждения.

Токоскоростная характеристика определяет зависимость номинального тока генератора от частоты его вращения. Напряжение в бортовой сети легковых и коммерческих автомобилей, а также автобусов составляет 12 В, особо мощных и специальных машин — 24 В. Максимальный ток отдачи определяется при частоте вращения ротора в 6 000 мин-1.

Еще одна важнейшая характеристика данного агрегата — КПД. Для современных моделей этот показатель находится на уровне 50-60%.


Как работает автомобильный генератор?

Устройство начинает функционировать только после запуска двигателя стартером, который запитывается напрямую от аккумуляторной батареи. Ключевой принцип работы генератора автомобиля состоит в преобразовании механической энергии в электрическую. На коленчатом валу силового агрегата установлен шкив, который раскручивает через ременную передачу установленный на необслуживаемых подшипниках ротор.

Питание обмотки возбуждения, расположенной на вращающемся якоре, осуществляется от аккумулятора через щеточный узел и контактные кольца. Для защиты батареи от саморазряда подключение производится через специальный выпрямитель, состоящий из трех диодов. Величина напряжения в этой цепи регулируется электронным или электромеханическим стабилизатором, интегрированным или выполненным в виде отдельного устройства.

Вращающийся якорь создает электромагнитные поля, которые индуцируют в обмотках статора переменный ток. Он поступает на выпрямитель, представляющий собой блок диодов. В него входят шесть вентилей: по три отрицательных и положительных. Они обеспечивают преобразование фазного напряжения в линейное. Соединение обмоток генератора осуществляется по схеме «треугольника» или «звезды». В первом случае величина тока в 1,7 раза ниже, нежели во втором. Треугольник применяется на моделях авто повышенной мощности.

Описываемый принцип действия автомобильного генератора обеспечивает поддержание в бортовой сети напряжения в диапазоне от 13,9 до 14,5 В. Точная величина зависит от частоты вращения коленчатого вала и уровня нагрузки. Потребители (например, аккумулятор) к электроагрегату подключаются через вывод «В+».

Для чего в генераторе регулятор напряжения?

При изменении частоты оборотов коленчатого вала и соответственно ротора в бортовой сети могут возникнуть скачки напряжения, которые негативно сказываются на работе потребителей. Скачки устраняются за счет ограничения тока возбуждения, передаваемого через щетки с регулятора напряжения на ротор. Управление осуществляется путем изменения времени подключения обмотки якоря в зависимости от нагрузки на бортовую сеть.

Если возникает неисправность регулятора или повреждение щеточного узла и контактных колец, возможен недозаряд или перезаряд аккумуляторной батареи. Длительная эксплуатация машины с таким дефектом приведет к выходу из строя АКБ.

Неисправность генератора можно определить по индикатору на панели приборов. Горение лампочки заряда аккумулятора после запуска говорит о недостаточном напряжении в сети, а мигание указывает на превышение.

Заключение

Даже самое общее представление об устройстве и принципах работы автомобильного генератора может помочь избежать неисправностей электрооборудования. Генератор начинает работать после запуска двигателя и выполняет функции основного источника тока в автомобиле.

В процессе эксплуатации автомобиля необходимо тщательно следить за натяжением приводного ремня, которое влияет на положение генератора. На ряде современных автомобилей агрегат закреплен прочно, и изношенный клиновый или поликлиновый ремень необходимо сразу менять. Поддержание генератора в исправном состоянии позволит избежать крупных трат на капитальный ремонт авто.

Генератор предназначен для питания электрическим током всех потребителей и для подзарядки аккумуляторной батареи при работе двигателя на средних и больших оборотах. На современные автомобили устанавливается генератор переменного тока. Он включен в электрическую цепь автомобиля параллельно аккумуляторной батарее. Однако питать потребителей и заряжать батарею генератор будет только в том случае, если вырабатываемое им напряжение превысит напряжение аккумуляторной батареи.

А произойдет это тогда, когда двигатель автомобиля начнет работать на оборотах выше холостых, так как напряжение, вырабатываемое генератором, зависит от скорости вращения его ротора. При этом, по мере увеличения частоты вращения ротора генератора, вырабатываемое им напряжение может превысить требуемое. Поэтому генератор работает в паре с регулятором напряжения. Регулятор напряжения является электронным прибором, который ограничивает вырабатываемое генератором напряжение и поддерживает его в пределах 13,6 – 14,2 вольта.

Устройство автомобильного генератора

Статор (неподвижная часть генератора) представляет собой обмотки с магнитопроводом, в которых образуется электрический ток. Ротор – вращающаяся часть генератора. Ротор состоит из обмоток возбуждения с полюсной системой, вала и контактных колец. Кольца выполняются чаще всего из меди, с опрессовкой их пластмассой. Для снижения износа и предотвращения окисления они могут изготавливатья из латуни или нержавеющей стали. К кольцам присоединяются выводы обмотки возбуждения. Питание к обмоткам подается через щетки (скользящие контакты), которые прижимаются к кольцам с помощью пружин. Щетки бывают двух типов — меднографитные и электрографитные. Последние имеют более высокое электрическое сопротивление, что снижает выходные характеристики генератора, зато они обеспечивают значительно меньший износ контактных колец. Существуют и бесщеточные генераторы, у которых на роторе расположены постоянные магниты, а обмотки возбуждения – на статоре. Отсутствие щеток и контактных колец повышает надежность генератора, но увеличивает массу и шумность при работе.

При вращении ротора напротив катушек обмотки статора появляются попеременно разнополярные полюсы, т. е. направление и величина магнитного потока, пронизывающего катушку, меняется, что и приводит к появлению в ней переменного напряжения. Так как потребители электрической сети автомобиля работают на постоянном напряжении, в схему генератора вводится диодный выпрямитель.

Диодный мост и регулятор напряжения Конструкция и привод генераторов

Электронные регуляторы напряжения, как правило, встроены в генератор (“таблетка”) и объединены со щеточным узлом. Иногда они располагаются отдельно в подкапотном пространстве. Регуляторы изменяют ток возбуждения путем изменения времени включения обмотки ротора в питающую сеть. Устройства необслуживаемые, необходимо лишь контролировать надежность контактов. Существуют регуляторы напряжения, наделенные функцией термокомпенсации, – они измененяют напряжение зарядки в зависимости от температуры воздуха в подкапотном пространстве для обеспечения оптимального заряда АКБ. Чем ниже температура воздуха, тем большее напряжение подводится к батарее, и наоборот.

Генераторы выпускаются в двух конструктивных исполнениях – “классическом”, с вентилятором у приводного шкива, и компактном, с двумя вентиляторами внутри генератора. Так как “компактные” генераторы имеют привод с более высоким передаточным отношением, их называют еще высокоскоростными генераторами.

Генератор устанавливается на специальном кронштейне двигателя и приводится в действие от шкива коленчатого вала через ременную передачу. Чем больше диаметр шкива на коленчатом валу и меньше диаметр шкива генератора, тем выше обороты генератора, соответственно, он способен отдать потребителям больший ток. На современных моделях, как правило, привод осуществляется поликлиновым ремнем. Благодаря большей гибкости он позволяет устанавливать на генераторе шкив малого диаметра. Привод генератора может осуществляться как отдельно, так и одним ремнем вместе с насосом охлаждающей жидкости (“помпой”). Натяжение ремня регулируется либо отклонением корпуса генератора, либо (в случае применения поликлинового ремня) натяжными роликами при неподвижном генераторе.

Возможна ли замена генератора одной марки на другой? Вполне, если выполняются следующие условия:

  • энергетические характеристики заменяющего генератора не ниже, чем у заменяемого;
  • передаточное число от двигателя к генератору одинаково;
  • габаритные и крепежные размеры заменяющего генератора позволяют установить его на двигатель. Большинство генераторов зарубежного производства имеют однолапное крепление, а отечественные крепятся за две лапы, поэтому замена “иномарочного” генератора отечественным потребует замены кронштейна;
  • электрические схемы генераторных установок аналогичны.

Неисправности автомобильного генератора

ВИДИМАЯ НЕПОЛАДКА ПРИЧИНА СПОСОБ УСТРАНЕНИЯ
Контрольная лампа заряда не горит при включении зажигания Разряжен либо неисправен аккумулятор Зарядить или заменить аккумулятор
Перегорела лампа на приборной панели Заменить
Нет контакта провода массы с задней частью генератора Проверить надежность контакта массы, очистить и подтянуть болты крепления провода массы
Нарушение целостности провода между выводом подключения лампы на генераторе и приборной панелью Проверить вольтметром или омметром по электрической схеме
Не подсоединены разъемы между генератором и приборной панелью Проверить и, если требуется, заменить разъемы
Щетки неплотно прилегают к контактным кольцам (“зависли” либо износились) Проверить длину (min=5 мм) и свободу перемещения щеток в щеткодержателе
Дефект регулятора напряжения Заменить регулятор напряжения
Сильный износ роторных колец Проверить и, если требуется, заменить роторные кольца
Обрыв обмоток ротора генератора Проверить ротор, при необходимости заменить.
Контрольная лампа заряда гаснет при увеличении оборотов двигателя, но на аккумуляторе зарядки нет Ослабло натяжение клинового ремня Натянуть клиновой ремень
Обрыв диодов диодного моста Проверить и заменить диодный мост
Дефект регулятора напряжения Проверить и, если требуется, заменить реле регулятор напряжения
Провод между генератором и аккумулятором имеет плохой контакт Проверить и заменить провод, после чего проверить диодный мост в генераторе.
Контрольная лампа заряда не гаснет при увеличении оборотов двигателя Ослабло натяжение клинового ремня Натянуть клиновой ремень
Неисправность диодного моста или обмотки статора Проверить и заменить диодный мост или обмотку
Дефект регулятора напряжения Проверить и, если требуется, заменить реле регулятор напряжения
Провод между генератором и контрольной лампой имеет контакт с массой Найти и устранить замыкание или заменить жгут проводов, после чего проверить диодный мост в генераторе
Контрольная лампа заряда горит при выключенном зажигании Короткое замыкание диода Проверить диоды, и заменить диодный мост
Аккумулятор выкипает Неисправность реле регулятора напряжения Заменить реле регулятор и проверить диоды, при необходимости заменить диодный мост

Правила эксплуатации генератора (по Остеру)

И напоследок несколько “вредных” советов, как быстро и без проблем “сжечь” генератор:

  1. Самый лучший и быстрый способ – “Переплюсовка”. Поменяйте местами провода от клемм аккумуляторной батареи, при этом возможен не только оптический эффект (яркая вспышка внутри генератора, легкое дымовое облако), но также звуковой (от щелчка до хлопка и шипения), обонятельный (почувствуете непередаваемый аромат горящих проводов!), и, наконец, тактильный (ожог 1-3 степени – подбирается экспериментально!) После применения этого способа диодный мост выгорает с вероятностью 99%, статор – 60%, реле-регулятор – 20%, провода – 10%, автомобиль целиком – 0,01%! Способ очень эффективен при “прикуривании”. Возможны побочные эффекты – выгорание бортовых компьютеров, сигнализации, музыки и т.д. Большой плюс – не требует специальных навыков и знаний, легко осваивается начинающими.
  2. Способ “Мойка”. Помойте двигатель своей машины. Особенно тщательно помойте генератор, проследите, чтобы потоки воды прополоскали все внутренности агрегата. Ни в коем случае не продувайте генератор после мойки! Сразу же заводите машину и включите побольше нагрузок – весь свет, обогрев, музыку. Если эффект не произошел – повторите попытку. Эффект появится, поверьте. Плюс – сгоревший генератор будет чистым.
  3. “Дедовский” метод – сдёргивание плюсовой клеммы аккумулятора на работающем двигателе вроде бы для проверки зарядной системы. Процент сгоревших релюшек увеличивается до 50-70%. Способ требует определенной сноровки – главное, чтобы было побольше искр! Возникающие в цепях высоковольтные коммутационные процессы рано или поздно должны будут сжечь хоть что-нибудь в Вашем генераторе, или, в крайнем случае, в машине! Как всегда, рекомендуется включить побольше всяких там нагрузок – свет, печки, подогрев. Способ не очень эффективен на старых машинах, но главное – верить, что так и будет!
  4. “Лужа” – способ, которым пользуется множество автолюбителей, даже не подозревая об этом. При этом многие искренне уверены, что автомобиль и его агрегаты, включая генератор, по водонепроницаемости должен быть сродни подводной лодке. Дерзайте! Как много неисследованных глубин ждут своих первооткрывателей! И еще простой совет – лужу надо проезжать на возможно максимальной скорости, тщательно следя, чтобы брызги равномерно захлестывали подкапотное пространство. Отсутствие защитных кожухов и поддонов во многом облегчит Вашу непростую задачу. Очень большой плюс – способом можно пользоваться практически ежедневно, не выходя из машины!
  5. Способ “Меломан”. Для очень крутых! Поставьте в Вашу машинку супер магнитолку, парочку CD чейнджеров, пару-тройку ламповых усилителей ватт по 200-300, сабвуфер ватт на 500, ну колонок с десяток, лучше полтора. Вообще, чем больше – тем лучше! Баксов на 12-25 тысяч! (Это не враки – случай зафиксирован!) Включайте! Если через пару минут генератор все ещё работает, а характерного дыма и запаха все еще нет – значит Вы поставили слишком дешёвую аппаратуру!
  6. “Аккумуляторный” способ – наиболее коварный и таинственный из всех, поскольку его осознание требует понимания химических и физических процессов (ну хотя бы закон Ома, что уже не всем дано!) А если по-простому – используйте давно просроченный аккумулятор, не моложе трех-пяти лет. Чем старше – тем больше вероятность, что в аккумуляторе окажется короткозамкнутая банка. При этом аккумулятор может подавать признаки жизни – заводить машину, подзаряжаться от зарядного устройства и т.д., но при этом он становится мощной паразитной нагрузкой в цепи генератора. Возможно, что силы тока будет хватать на работу инжектора, но при включении дальнего света и обогрева генератор будет греться так, что его можно использовать для приготовления яичницы в походных условиях! Главное – не обращать на это внимания, и способ когда-нибудь сработает!

Генераторные установки автомобилей и тракторов

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МАМИ»

Е.Э. Пахомова, В.Н.Гришина, И.М. Воронов

Методические указания к лабораторным работам № 3,4,5 по курсу «Электрооборудование автомобилей и тракторов» для студентов, обучающихся по специальностям 14050165, 14050365, 14060765, 19020165, 19060365 и направлениям 14050062, 14060062, 19010062

Одобрено методической комиссией по специальности

«Электрооборудование автомобилей и тракторов»

1-е издание

Москва

2009

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 «Электрооборудование автомобилей и тракторов»

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

доцент кафедры «Автотракторное электрооборудование» МГТУ «МАМИ» А.Ф. Мельников

Работа подготовлена на кафедре «Автотракторное электрооборудование»

Генераторные установки автомобилей и тракторов: методические указания / Е.Э. Пахомова, В.Н.Гришина, И.М. Воронов. – 1-е изд. – М. :

МГТУ «МАМИ», 2009. – 25с.

В методических указаниях рассматриваются особенности конструкции и принцип действия вентильных и индукторных генераторов автомобилей и тракторов, также рассматривается принципиальная схема регулирования напряжения генераторов при помощи регулятора напряжения и устройство безконтакного транзисторного регулятора напряжения.

© Е.Э. Пахомова, В.Н.Гришина,

И.М. Воронов, 2009

© МГТУ «МАМИ», 2009

2

Содержание

3

3 3

Лабораторная работа №3 3

Устройство автомобильного вентильного генератора с клювообразным ротором. 3

Лабораторная работа № 4 14

Устройство вентильного генератора индукторного типа. 14

Лабораторная работа № 5 18

Устройство бесконтактного транзисторного регулятора напряжения. 18

25 24

Список литературы 24

3

Лабораторная работа №3 Устройство автомобильного вентильного генератора с клювообразным ротором.

1.Цель работы.

Изучение устройства и принципа работа автомобильного вентильного генератора с клювообразным ротором.

2.Краткие сведения.

Генератор предназначен, в основном, для обеспечения питанием электропотребителей, входящих в систему электрооборудования, и заряда аккумуляторной батареи при работающем двигателе автомобиля. Напряжение в бортовой сети автомобиля, питаемого генератором, должно быть стабильно в широком диапазоне изменения частоты вращения и нагрузок.

Преобразование механической энергии , которую автомобильный генератор получает от двигателя внутреннего сгорания, через ременную передачу, в электрическую происходит 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 щеточной конструкцией вентильного генератора или только по величине, что характерно для индукторного бесщеточного генератора. Для образования магнитного потока достаточно пропустить через катушку электрический ток. Эта катушка называется обмоткой возбуждения. Стальная полюсная система подводит магнитный поток к катушкам обмотки статора, в которых наводится переменное напряжение. Эти катушки помещены в пазы стального магнитопровода (пакета железа) статора. Обмотка статора с его магнитопроводом образует статор генератора, его неподвижную часть, а обмотка возбуждения с полюсной системой, валом, контактными кольцами — ротор, вращающую часть генератора.

На рисунке 1 показана магнитная система генератора(продольный и поперечный разрезы). Силовые линии магнитного потока показаны пунктирными линиями, а направление потока -стрелками.

4

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 в ней появление переменного напряжения. Частота этого напряжения f зависит от частоты вращения ротора n и числа пар полюсов генератора:

ƒ=p·n/60;

У всех автомобильных генераторов отечественного производства шесть пар полюсов, при этом частота переменного тока в обмотке статора, выраженная в Гц, меньше частоты вращения ротора генератора, измеряемой в мин-1, в 10 раз.С учетом передаточного числа ременной передачи i от двигателя к генератору, частота переменного тока, выраженная через частоту вращения коленчатого вала двигателя nдв определяется соотношением:

Рисунок 1. Магнитная система генератора:

1 – втулка; 2 – обмотка возбуждения; 3 – клювообразные полюсные наконечники; 4 – пакет статора; 5 – обмотка статора; 6 – щетки; 7 – контактные кольца; 8 – изоляционная втулка; 9 – вал.

ƒ =0,1 nдв i;

Обмотка статора трехфазная. Она состоит из трех обмоток, которые называют просто фазами, токи и напряжения в которых смещены на 120 электрических градусов, как показано на рисунке 2.

5

Рисунок 2. График фазных напряжений и выпрямленного напряжения генератора.

Фазы могут соединяться в «звезду» или «треугольник». При этом различают фазные и линейные напряжения и токи. Фазные напряжения действуют между выводами обмоток фаз, а фазные токи протекают в этих обмотках, линейные напряжения действуют между проводами, соединяющими обмотку статора с выпрямителем. В этих проводах протекают линейные токи. Поэтому выпрямитель выпрямляет линейные величины.

При соединении в «треугольник» фазные токи в √3 раза меньше линейных, а у «звезды» линейные и фазные токи равны. Поэтому, при том же отдаваемом генератором токе, ток в обмотках фаз при соединении в «треугольник» значительно меньше, чем у «звезды». Поэтому в генераторах большой мощности часто применяют соединения в «треугольник», так как при меньших токах обмотки можно наматывать более тонким проводом, что технологичнее. Однако линейное напряжение у «звезды» в √3 раз больше фазного. А у «треугольника» они равны. Поэтому, для получения такого же выходного напряжения при тех же частотах вращения ротора «треугольник» требует увеличения числа витков его фаз по сравнению со «звездой».

По своему конструктивному исполнению генераторы можно разделить на две группы: традиционной конструкции с вентилятором у приводного шкива и компактной конструкции с двумя вентиляторами во внутренней полости. В отдельную группу выделяются генераторы с жидкостным охлаждением.

Генератор содержит статор с обмоткой, зажатой между двумя крышками- передней , со стороны привода, и задней, со стороны контактных колец. Крышки отлитые из алюминиевых сплавов, имеют вентиляционные окна, через которые вентилятор продувает воздух сквозь генератор.

6

Генераторы традиционной конструкции снабжены вентиляционными окнами только в торцевой части, компактной конструкции еще и в цилиндрической части крышек.

На крышке со стороны контактных колец крепится щеточный узел, который часто объединен с регулятором напряжения, и выпрямительный узел. Крышки стянуты между собой тремя или четырьмя винтами, так что статор оказывается зажат между крышками.

Крепежные лапы и нятяжное ухо генератора отливаются заодно с крышками. Если крепление двухлапое, то обе крышки имеют лапы, если однолапое-только передняя.

Статор генератора (рис.3) набирается из стальных листов толщиной 0,8…1мм, но чаще выполняется набивкой «на ребро».

При таком исполнении меньше отходов при обработки и выше технологичность.

Скрепления между собой отдельных листов пакета статора в монолитную конструкцию осуществляется сваркой или заклепками.

Генераторы устаревших конструкций имели 18 пазов на статоре под размещение обмотки, в настоящее время все генераторы массовых выпусков имеют 36 пазов.Пазы изолированы пленкоэлектрокартоном, полиэтилентерефталатной пленкой или напылением эпоксидного компаунда.Обмотки выполняются проводами ПЭТ-200, ПЭТД-180, ПЭТВМ,ПЭСВ-3 и др. В пазах статора располагается обмотка, выполняемая по следующим схемам: петлевая распределенная, волновая сосредоточенная, волновая распределенная. Особенностью автомобильных генераторов является полюсная система ротора (рис.4). Она содержит две полюсные половины с выступами-полюсами клювообразной формы по шесть на каждой половине. Полюсные половины выполняются штампованными и могут иметь выступы-полувтулки.

В случае отсутствия выступов при напрессовке на вал между полюсными половинами устанавливается втулка с обмоткой возбуждения, намотанной на каркас.

Обмотка возбуждения в сборе с ротором пропитывается лаком. Клювы полюсов по краям обычно имеют скосы с одной или двух сторон для уменьшения магнитного шума генератора. В некоторых конструкциях для той же цели под острыми концами клювов размещается антишумовое магнитное кольцо расположенное над обмоткой возбуждения. Это кольцо предотвращает возможность колебания клювов при изменении магнитного потока и, следовательно, излучения ими магнитного шума.

На валу ротора располагаются контактные кольца. Выполненные чаще всего из меди с опрессовкой их пластмассой.

7

Рисунок 3. Статор генератора.

Рисунок 4. Ротор генератора: полюсная система с обмоткой возбуждения.

Также встречаются кольца из латуни или нержавеющей стали, что снижает износ и окисление, особенно во влажной среде.

К кольцам припаиваются или привариваются выводы обмотки возбуждения. Щеточные узлы — это пластмассовая конструкция, в которой устанавливаются щетки. В автомобильных генераторах применяют щетки двух типов — меднографитные и электрографитные.

8

В отечественных генераторах применяют электрографитные щетки ЭГ51А размером5×8×18(генераторы Г222, 37.3701 и др.) и меднографитные М1 размером 6×6.5×13мм (генераторы 16.3701,58.3701 и др.). Электрографитные щетки имеют повышенное падение напряжения в контакте с кольцами, что неблагоприятно сказывается на выходные характеристики генератора, однако они обеспечивают значительно меньший износ контактных колец. Щетки прижимаются к кольцам усилием пружин. Обычно щетки устанавливаются по радиусу контактных колец.

Выпрямительные узлы применяются двух типов: либо это пластины-теплоотводы, в которые запрессованы или к которым припаиваются диоды (стабилитроны) силового выпрямителя или на которых распаивают или герметизируют кремневые переходы этих диодов, либо конструкции с сильно развитым оребрением, в которых диоды, обычно таблеточного типа, припаивают к теплоотводам. Диоды дополнительного выпрямителя имеют обычно пластмассовый корпус цилиндрической формы или в виде горошины.

Рисунок 5. Выпрямительный блок БПВ11-60:

1 – дополнительный выпрямитель; 2 – силовой выпрямитель; 3 – крышка генератора; 4 – диод Д104-20Х; 5 – теплоотвод, не изолированный от массы; 6 – вывод обмотки статора генератора; 7 – болт крепления блока; 8 – монтажная шина; 9 – диод Д104-20; 10 – теплоотвод, изолированный от массы.

9

На рис.5 представлен выпрямительный блок БПВ11-60. Он представляет собой две алюминиевые пластины-теплоотводы, соединенные между собой в монолитную конструкцию через изоляционные втулки заклепками. Один теплоотвод соединен с массой генератора, другой изолирован от нее и соединен с выводом «+» генератора.

Выпрямители блоков собраны по мостовой схеме и содержат обычно 6 диодов, запрессованных в теплоотводы. В блоке имеется дополнительный выпрямитель обмотки возбуждения, который выполняется на маломощных диодах КД223А, имеющих пластмассовый цилиндрический корпус диаметром 6,2 мм и длинной 9,65 мм и проволочные выводы. Диоды размещаются в пластмассовой подковке, обрамляющей конструкцию блоков. Во всех блоках БПВ используются силовые диоды типа Д 104-20 и Д 104-20Х. Диоды эти конструктивно аналогичны, но у диода Д104-20Х на корпусе расположен катод, а у диода Д104-20-анод. Диоды Д104-20 запрессованы в изолированный от массы теплоотвод, соединенный с выводом «+» генератора. Каждая группа содержит число диодов, равное числу фаз, т.е. для трехфазной схемы по 3 диода. К выпрямителю подведены выводы фазных обмоток статора.

Подшипниковые узлы генераторов – это радиальные шариковые подшипники со встроенными в подшипник уплотнителями и одноразовой закладкой смазки.

Привод генераторов осуществляется клиновым ремнем через шкив, установленный на валу ротора. Качество обеспечения питанием потребителей, в том числе зарядка аккумуляторной батареи, зависит от передаточного числа ременной передачи, равном отношению диаметров ручьев приводного шкива коленчатого вала двигателя и шкива генератора. Чем больше это число, тем больший ток может отдавать потребителям генератор. Но при больших передаточных числах происходит ускоренный износ ремня. Поэтому для клиновидных ремней передаточные числа лежат в пределах 1,8…2,5.

Более высокое передаточное число – до 3,5 возможно для поликлиновых передаточных ремней, которые используются в генераторах компактной конструкции. Столь высокое передаточное число возможно потому, что поликлиновые ремни допускают применение на генераторах приводных шкивов малых диаметров и меньший угол охвата шкива ремнем.

Воздушное охлаждение генератора осуществляется одним или двумя вентиляторами, закрепленными на его валу.

10

При этом у генераторов традиционной конструкции воздух забирается центробежным вентилятором в отверстия крышки со стороны контактных колец. У генераторов компактной конструкции охлаждающий воздух забирается со стороны задней и передней крышек двумя расположенными по торцам ротора центробежными вентиляторами.

3.Учебные пособия, приспособления, инструменты.

3.1.Генераторы в сборе, разрезные образцы, щиты с деталями и плакаты.

3.2.Приспособления и инструменты, необходимые для разборки и сборки генератора.

4.Порядок проведения работы.

4.1.Разобрать генератор.

4.2.Ознакомиться с устройством отдельных деталей и узлов генератора.

4.3.Вычертить электрическую схему соединения обмоток статора, возбуждения и диодов выпрямителей и обозначить выводы генератора.

4.4.Вычертить эскиз магнитной системы генератора (продольный и поперечный разрезы) и разместить обмотки.

4.5.Определить количество пазов пакета статора, количество катушек обмотке статора, число катушек в фазе, дать эскиз паза.

4.6.Вычертить эскиз устройства выпрямителя.

4.7.Вычертить эскиз устройства щеточно-контактного узла.

4.8.Вычертить эскиз системы вентиляции.

4.9.Вычертить эскиз установки (крепления) генератора на двигателе.

4.10. Нарисовать схему обмоток статора.

4.11.Собрать генератор. Сборка генератора производиться в последовательности обратной процессу разборки генератора.

5.Содержание отчета.

5.1.Описание принципа работы вентильного генератора с приведением электрической схемы вентильного генератора (схема включения обмоток генератора и диодов выпрямителя)

5.2.Краткое описание устройства клювообразного вентильного генератора.

5.3.Эскизы магнитной цепи генератора (продольной и поперечной) с указанием пути основного магнитного потока.

5.4.Эскиз щеточно-контактного узла.

5.5. Эскиз выпрямительного блока.

11

5.6.Эскиз охлаждения генератора с указанием типа исполнения рассматриваемого генератора по способу охлаждения.

6.Контрольные вопросы.

6.1.Принципы работы вентильного генератора с клювообразным ротором.

6.2.Как устроен статор генератора?

6.3.Как устроен ротор генератора?

6.4.Каково назначение и устройство щеточно-контактного узла?

6.5.Каково назначения и устройство выпрямительного блока?

6.6.Как осуществляется охлаждения генератора?

12

Рисунок 6. Генератор Г250:

1 – обмотка статора; 2 – пакет статора; 3 – полюсный наконечник; 4 – обмотка возбуждения; 5 – втулка; 6 – вал; 7 – передняя крышка; 8 – вентилятор; 9 – шкив;10 – подшипник передний; 11 – стакан; 12 – разрезное кольцо; 13 – шпонка; 14 – гайка; 15 – втулка; 16 крышка подшипника; 17 – винт; 18 – задняя крышка; 19 – положительный теплоотвод выпрямителя;20 – отрицательный теплоотвод выпрямителя; 21 – вентиль обратной полярности; 22 – изоляционная втулка; 23 – вывод переменного тока выпрямителя; 24 – винт; 25 – подшипник задний; 26 – крышка подшипника; 27 – гайка; 28 – контактные кольца; 29, 30 – щетки; 31 – щеткодержатель; 32 – вывод «Ш»; 33 – винт щеткодержателя; 34 – каркас.

13

Рисунок 7. Принципиальная электрическая схема генератора:

1,2,3 – обмотки трех фаз статора; 4 – диоды силового выпрямителя; 5 – диоды выпрямителя обмотки возбуждения; 6 – обмотка возбуждения; 7 – регулятор напряжения; 8 – аккумуляторная батарея; 9 – нагрузка; Uф – напряжение в обмотках фаз; Uл – линейное напряжение; Ud – выпрямленное напряжение.

14

Генераторные установки – Основные средства

Будь готов! (Часть 1)

Для обеспечения нормальной деятельности строительного объекта кроме основного оборудования необходимы различные вспомогательные машины и агрегаты. Без этого вроде бы второстепенного оборудования невозможно будет выполнить график строительных работ и обеспечить безопасность труда. Представляем читателю первую статью из серии о вспомогательном оборудовании – о генераторных установках.

Прежде чем на строительном объекте появится инфраструктура – канализация, водопровод и т. д., на стройплощадке ставят бытовки, в которых могут отдохнуть рабочие и совещаться бригадиры и прорабы. Такие бытовки оснащаются оборудованием, потребляющим много энергии: системами отопления и кондиционирования, компьютерами, мощными осветительными прожекторами.

Если к стройплощадке не подведена сеть электропитания, потребуется генераторная установка (ГУ) для снабжения энергией жилых и офисных бытовок. Далее, по мере реализации строительного проекта, в работу будет вступать все больше оборудования, которому потребуется электроэнергия. Даже если объект получает электричество по сети, он не застрахован от перебоев в подаче энергии и должен иметь на такой случай резервный источник питания – генераторную установку. Одним словом, ГУ, как пионер, всегда должна быть готова к работе: «Будь готов – всегда готов!»

Строительные бытовки нуждаются в электроэнергии

Определение мощности генератора

Расчет необходимой мощности ГУ для строительного объекта лучше поручить специалистам, потому что, во-первых, здесь имеется много тонкостей, которые мы назовем ниже, а во-вторых, не умея или не желая заниматься точными расчетами, строители часто берут ГУ более высокой мощности, чем нужно, с большим запасом, в результате затрачиваются лишние средства на приобретение/ аренду и тех­обслуживание слишком большого агрегата. Заметим, что 80% всех генераторных установок на рынке имеют мощность в диапазоне от 20 до 100 кВт.

Есть ли среди оборудования потребители одно- или трехфазного тока напряжением 220, 380 В или иного? Нужно проанализировать состав потребителей электроэнергии, не забыв ничего – от осветительных и отопительных приборов в бытовках до производственного оборудования с электроприводом и электроинструмента. Трехфазные установки обеспечивают более равномерный и с бóльшим к.п.д. переменный электрический ток на каждой фазе. Однофазные потребители могут питаться от трехфазного генератора либо через преобразователь трехфазного тока в однофазный, либо подключенные к разным фазам, но чтобы избежать т. н. «перекоса фаз» – неравномерной нагрузки, что может привести к перегреву обмоток и выходу из строя генератора, разница суммарных мощностей потребителей, подключенных к разным фазам, не должна превышать 20–25%.

Генераторные установки с топливными баками под рамой

Есть ли среди потребителей электронная аппаратура, весьма чувствительная к качеству электропитания? В таких случаях двигатель внутреннего сгорания (ДВС) генераторной установки оснащается электронным регулятором, обеспечивающим более точное по сравнению с обычным механическим поддержание постоянной частоты вращения двигателя и, следовательно, частоты тока на выходе генератора.

Ответив на указанные вопросы, можно переходить к расчету потребной мощности. Для потребителей, не имеющих электромоторов, при расчете берется значение потребляемой мощности, указанное в паспорте прибора. Для потребителей с электромоторами рассчитывается полная потребляемая мощность (не путать с полезной, отдаваемой мотором на валу!), как произведение номинального тока на напряжение и на коэффициент мощности cos ϕ, который для однофазных электромоторов равен cos ϕ = 1, а для трехфазных cos ϕ = 0,8. Кроме того, нужно учесть, что для запуска каждого электромотора потребуется «пусковая мощность», в 3–3,5 раза превышающая его номинальную.

Генераторная установка открытого типа

Также электрическая нагрузка бывает линейной и нелинейной. Нагрузки линейного типа создают такие приборы, как нагреватели, электромоторы и трансформаторы. Нелинейные нагрузки возникают от компьютеров, источников бесперебойного электроснабжения, электронных дросселей люминесцентных и газоразрядных ламп и другого силового электронного оборудования, частотно-регулируемых электроприводов, сварочных аппаратов и устройств с насыщаемыми магнитными сердечниками. Нелинейные нагрузки искажают нормальный синусоидальный ток и вызывают возникновение гармоник в электрической системе. В зависимости от величины гармоник и общего нелинейного искажения за счет гармоник, имеющего место в электрической системе, полезная мощность на выходе генераторной установки будет уменьшаться.

ГУ будет основным источником электроэнергии или резервным? Сколько часов в сутки и в неделю должна будет работать ГУ, если она является основным источником питания?

Atlas Copco QAS-200

От ответа на этот вопрос зависит выбор бренда и класса по качеству ГУ: чем дольше необходимое время непрерывной работы, тем надежнее и качественнее должна быть установка.

Далее определяется т. н. «профиль нагрузки», т. е. как изменяется величина потребной мощности в течение суток и недели. Если суточные колебания потребности в энергии очень велики, то можно применить не одну большую ГУ, а несколько меньших, подключенных параллельно, и отключать часть из них, когда энергии требуется меньше. Таким образом можно достичь определенной экономии в расходе топлива. Кроме того, имея несколько малых ГУ в разных частях строительного объекта, можно сократить длину дорогих медных электрических проводов  – их не нужно будет тянуть от единственной установки во все концы стройки. Небольшие генераторы проще переносить с места на место.

Atlas Copco QAC-1100-Twinpower

Так, компания Atlas Copco предлагает модель передвижной ГУ QAC 1100 TWINPOWER. Установка представляет собой два генератора мощностью по 500 кВА, размещенные в одном 20-футовом контейнере с автоматизированной системой управления. Такое решение позволяет работать как одному генератору в отдельности, так и двум параллельно, поставляя мощность в 1000 кВА. Таким образом достигается существенное снижение расхода топлива и других эксплуатационных расходов на объектах, где потребление электричества изменяется в широких пределах. Также это позволяет избежать преждевременного выхода из строя дизельных двигателей при длительной эксплуатации с низкой загрузкой.

Итак, мощность ГУ должна удовлетворять потребности стройки в течение всех суток, недели и всего времени строительства. Считать следует тщательно, потому что, когда генератор будет приобретен, заменить его будет сложно. Как уже говорилось, не следует выбирать генератор с большим запасом по мощности, это приводит к неоправданным затратам, но и выбирать установку без запаса по мощности нельзя – в случае форсмажорных обстоятельств энергии может не хватить, строительное оборудование не сможет работать, график работы будет нарушен со всем вытекающими отсюда неприятностями. ГУ должна работать на режимах, составляющих 40–80% от ее номинальной мощности (иными словами, номинальная мощность ГУ должна превышать потребную строительному объекту мощность примерно на 20–30%). На режиме максимальной мощности ГУ может работать 0,5–1 час. Далее может наступить перегрев, и тепловая защита выключит установку. Если ГУ работает с максимальной нагрузкой продолжительное время, подумайте, какое второстепенное оборудование можно отключить, чтобы не перегреть установку, не останавливая при этом основную работу.

Генераторная установка JCB

Компания «ЛОНМАДИ», официальный дилер техники JCB в России, предлагает полную линейку дизельных электростанций мощностью от 10 до 2000 кВт. Одной из популярных моделей среднего мощностного ряда является дизельная электростанция G700S, основная мощность которой составляет 508 кВт, а в резервном режиме – 560 кВт. G700S спроектирована на базе двигателя Volvo TWD1643GE (Швеция). Емкость основного топливного бака составляет 609 л. Дизельная электростанция JCB G700S открытого исполнения при необходимости может быть установлена в контейнер или специальное помещение с системой приточно-вытяжной вентиляции. У данной модели доступна опция низкошумного кожуха, которая позволяет эксплуатировать ДГУ в различных климатических поясах и жилых зонах. При постоянной работе дизель-генератор должен работать в диапазоне от 30 до 100% основной мощности. При этом допускается перегрузка 10% в течение одного часа каждые 12 часов работы. При резервной работе дизельный генератор способен работать на номинальной мощности с переменной нагрузкой максимально 500 моточасов в год, но не более 300 часов непрерывно.

Если ГУ будет длительное время работать с недогрузкой, на режимах менее 30% от номинальной мощности, двигатель установки не будет прогреваться, топливо будет сгорать не полностью и в виде сажи и нагара откладываться на поршне, стенках камеры сгорания, поршневых кольцах, попадать в масло, вызывая его ускоренное старение, засорять топливные форсунки и систему выпуска. В результате мощность двигателя будет падать, износ пойдет ускоренными темпами и его ресурс сократится.

Компания ООО «Ферронордик Машины» – официальный дилер Volvo CE и Volvo Penta предлагает под своим брендом Ferronordic дизель-генераторные установки на базе промышленных двигателей «Вольво Пента» основной мощностью от 60 до 560 кВт, в дополнение к одиночным дизельным электростанциям предлагается ряд мощных энергокомплексов, состоящих из 2–4 установок на базе двигателей Volvo Penta.
Например, энергокомплекс мод. FNG 1380, состоящий из трех ГУ мод. FNG460. Общая мощность комплекса в основном режиме составляет 1368 кВт. Основная дизельная электростанция стабилизируется по частоте оборотов и напряжению и подключается к общей силовой шине. Вторая и последующие электростанции синхронизируются с основной и также подключаются к общей шине. Синхронизация происходит автоматически. Система управления каждого дизель-генератора регулирует работу своего агрегата, подстраивая параметры для синхронной работы всех ДГУ. Энергокомплекс FNG можно использовать как при высокой, так и при низкой нагрузке. Автоматика равномерно распределяет работу между агрегатами, увеличивая ресурс каждой из станций. Перевозка нескольких «стандартных» ДГУ дешевле, чем одного большого агрегата. Также существующее у компании решение позволяет объединять в энергокомплексы ДГУ любой мощности, обеспечивая большую вариативность по выходной мощности и оптимальный расход топлива. Существующая филиальная сеть (более 70 филиалов) обеспечивает гарантийную и сервисную поддержку своего продукта по всей территории России.

Генераторная установка Ferronordic

Генератор синхронный, асинхронный или инвенторный? Синхронные генераторы переменного тока используются наиболее широко. Синхронные генераторы лучше выдерживают пиковые нагрузки и реактивные токи (до 65% от номинальной мощности), поэтому их рекомендуется использовать для питания мощного электроинструмента. Для питания таких потребителей хватит синхронного генератора меньшей мощности по сравнению с асинхронным. Они лучше всего подходят для использования в резервной установке, потому что мощность на выходе, напряжение и частоту тока можно легко контролировать при использовании ГУ в качестве автономного источника электропитания. Но синхронные генераторы выдают менее «качественный» (то есть с бóльшими колебаниями напряжения) ток, конструктивно сложнее асинхронных, имеют, как правило, более низкий класс защиты от попадания пыли, мусора и воды, так как втягивают внутрь конструкции воздух для охлаждения, чего не нужно делать асинхронным генераторам (у них «закрытая» конструкция).

Асинхронные генераторы более долговечны, более устойчивы к короткому замыканию, выходное напряжение у них имеет меньше нелинейных искажений. Поэтому от них можно запитывать даже электронную, компьютерную технику и приборы без электродвигателей. Однако перегрузки они не выдерживают, и это нужно учитывать при подборе по мощности.

Сварочный генератор-прицеп William-Bell

И синхронные, и асинхронные генераторы лучше выбирать бесщеточного «самовозбуждаемого» типа. Они оснащаются регулятором напряжения. Такие установки не требуют обслуживания и не создают помех.

Инверторные генераторы – наиболее современный тип. По массе и габаритам они примерно вдвое меньше синхронных и асинхронных аналогичной мощности, потому что в них генератор напрямую соединяется с двигателем без массивного маховика. В них используется инверторная система с регулятором широтно-импульсной модуляции (ШИМ). К инверторным установкам можно подключить и компьютеры, и электроинструмент. Переменный ток в них преобразуется в постоянный, путем фильтрования очищается от искажений и вновь преобразуется в переменный по нагрузке, в результате получается ток с высокостабильными выходным напряжением и частотой. Также благодаря электронному управлению расход топлива у этих ГУ ниже, чем у аналогичных других типов. Недостатком инверторных ГУ является невысокая мощность. Они чаще всего используются в качестве резервных для небольших предприятий с маломощным оборудованием.

Doosan PowerSource G250

Топливо – дизель, газ, бензин

Можно выбрать ДВС генераторной установки, работающий на дизельном топливе, бензине или газе. Если учесть, что затраты на топливо составляют 80% от общей стоимости владения установкой, к выбору топлива нужно подходить с максимальной ответственностью. Перед тем как определиться с видом топлива, следует проанализировать такие факторы, как наличие места для хранения и ограничения по объемам хранения топлива данного вида на строительном объекте, надежность бесперебойной поставки топлива; стоимость топлива и производительность ГУ в зависимости от используемого топлива.

Дизельные двигатели традиционно экономичны, надежны и долговечны, демонстрируют отличную приемистость при изменениях нагрузки. Хранить дизельное топливо сравнительно несложно, оно не столь пожароопасно, как бензин. Дизель относительно дешев в эксплуатации. Однако пуск дизельного двигателя в зимнее время не всегда гарантирован, ему требуется хорошее зимнее и летнее топливо. По сравнению с бензиновыми дизельные двигатели дороже, тяжелее и имеют более высокий уровень шума.

Doosan G25

Компания Doosan Por­table Power представляет мод. PowerSource G250 мощностью 259 кВА/ 227 кВт, эксплуатационной массой 4780 кг. Установка оснащается топливным баком с двойными стенками емкостью 1461 л. Благодаря наличию такого запаса топлива время работы ГУ без дозаправки при 75% нагрузки составляет 29,6 ч.

Если по условиям работы на данном строительным объекте требуется использовать дизельную ГУ, следует проработать вопросы доставки и хранения топлива на объекте. В большинстве случаев для хранения запаса топлива достаточно встроенного в раму установки топливного бака с двойными стенками. Однако если ГУ очень большая или условия работы требуют организации хранения на территории объекта больших объемов топлива, например, в отдаленных труднодоступных местностях, расположенный под рамой установки очень большой топливный бак может быть неудобным: мешать работе и выполнению техобслуживания ГУ, так как установка будет расположена слишком высоко от пола. В этом случае придется разработать более сложную схему доставки и хранения топлива: из большой цистерны насосами топливо перекачивается в бак поменьше, с суточным запасом топлива.

Генератор Hyundai в шумопоглощающем кожухе

Компания Hyundai-Power выпускает газовые и дизельные ГУ. Дизельная электростанция мод. Hyundai DHY240KE/KSE развивает максимальную мощность 238 кВА/ 190 кВт и номинальную мощность 216 кВА/ 173 кВт. Агрегат способен отдавать максимальную мощность до 500 ч ежегодно, из которых не более 300 ч приходится на непрерывную работу, а номинальную мощность может отдавать неограниченное время, в обоих случаях с установленными перерывами на техническое обслуживание. Масса в защитном кожухе/ контейнере – 2360/ 3250 кг соответственно. Установка может быть укомплектована топливными баками емкостью от 400 до 5000 л. Максимальное время работы без дозаправки (бак 5000 л) – 128,2 ч.

Компактная ГУ Hyundai

Газовые ДВС более экологичны – у них низкий уровень вредных выбросов в отработавших газах. К тому же газ дешевле жидкого топлива. В результате усовершенствований современные промышленные газовые двигатели с искровым зажиганием приобрели приемистость при изменении нагрузки, сравнимую с дизелями. Производители освоили выпуск ГУ с газовыми ДВС, способными выполнить условие 10-секундного запуска в работу, предусмотренного для резервных источников электроснабжения, которое ранее могли выполнить только дизельные двигатели. Однако пуск газовых двигателей в зимнее время тоже может быть проблемой. Обычно ГУ с газовыми ДВС имеет бóльшие размеры, чем дизель-генератор аналогичной мощности. Следовательно, на выбор также будет оказывать влияние наличие свободного места для размещения ГУ. Кроме того, ГУ на газе будет стоить дороже дизельной, если рассматривать установки мощностью свыше 150 кВт. Производители газовых ГУ говорят об уменьшении объема техобслуживания газового двигателя по сравнению с дизелем, но это вопрос дискуссионный.

Caterpillar

В широкой линейке газопоршневых генераторных установок Caterpillar имеются модели небольшой мощности: G3406 (125–160 кВт), G3412TA (280–390 кВт) и CG132-08 (400  кВт) c напряжением генератора 400 В и массой до 6356 кг. Двигатель работает при 1500 об/мин на природном и попутном нефтяном газе.
Единый электронный блок управляет всеми функциями и системами двигателя: зажиганием, частотой вращения, системой защиты двигателя, регулирует соотношение количества воздуха и топлива в топливной смеси, управляет циклом продувки, алгоритмом поэтапного останова установки. Установка может быть снабжена устройствами дистанционного управления и контроля.

Caterpillar G3412 TA

Бензиновые двигатели устанавливают на ГУ малой и средней мощности. Они легки и компактны, но имеют меньший по сравнению с дизелями ресурс.

С момента начала производства компания Hokuetsu Industries Co. Ltd ставила своей целью создание техники, идеально подходящей даже самым специфическим потребностям потребителей, удобной и простой в управлении и эксплуатации, а также возможной к установке в местах, имеющих самые строгие ограничения по уровню шума. В настоящее время любая дизельная электростанция Airman – это оборудование высшего класса качества и надежности, имеющая длительный срок беспроблемной эксплуатации и работающая тише любых аналогов в своем классе.

В настоящее время компания предлагает на мировом рынке генераторы Airman в достаточно широком разнообразии моделей, объединенных в три основные серии. Наиболее мощные ДГУ, предназначенные для создания систем автономного и резервного энергоснабжения промышленного и полупромышленного назначения представлены в серии Silent (тихие). Это генераторы мощностью от 195 до 800 кВА, маркирующиеся в каталогах и документации как SDG220S – SDG800S, построены на базе двигателей ведущих мировых производителей, таких как Mitsubishi и Hino, с прямым впрыском и турбонаддувом, характеризуются надежной работой в любых температурных режимах и экономичным потреблением топлива.

Серия ДГУ Ultra Silent – это генераторы в диапазоне мощности от 10,5 до 150 кВА с высоконадежными и экономичными дизельными двигателями Kubota, Isuzu и Hino. Данное оборудование маркируется SDG13S – SDG150S и может использоваться на объектах самого различного типа и назначения.

Серия Ultra Super Silent является самой современной и тихой, и именно здесь используются все самые новые достижения и технологии в области создания резервных энергогенерирующих систем последнего поколения. Электростанции данного типа выпускаются в диапазоне мощности от 20 до 150 кВА (маркируются как SDG25AS – SDG150AS) и предназначены для установки в местах, имеющих максимальные ограничения по уровню шума.

С 1999 г. официальным дилером компании Hokuetsu Industries Co. Ltd в России является компания «Техстройконтракт».

AirmanAirman

Генераторная установка автомобиля

Категория:

   Электрооборудование автомобилей

Публикация:

   Генераторная установка автомобиля

Читать далее:



Генераторная установка автомобиля

При работающем двигателе питание потребителей электрической энергией обеспечивает генератор. Генератор обеспечивает также заряд аккумуляторной батареи. В тех случаях, когда мощности генератора недостаточно для питания всех подключенных потребителей, недостающую электрическую энергию отдает батарея. Мощность генератора выбирают таким образом, чтобы не было чрезмерного разряда аккумуляторной батареи.

Обычно генераторы устанавливают в передней части двигателя на специальных кронштейнах, а привод осуществляют клино-ременной передачей от коленчатого вала. Поэтому частота вращения ротора генератора пропорциональна частоте вращения коленчатого вала двигателя и изменяется в значительных пределах. Большой диапазон изменения частоты вращения генератора вызывает изменение в широких пределах его напряжения. А так как потребители рассчитаны на работу при изменении напряжения в определенных пределах и то же требование предъявляется к напряжению заряда аккумуляторной батареи, в схемы генераторов включают устройство, обеспечивающее его стабилизацию— регулятор напряжения. Вместе генератор и регулятор напряжения образуют генераторную установку.

В качестве генераторов на современных автомобилях применяются синхронные машины переменного тока с электромагнитным возбуждением. Так как для питания потребителей и в особенности для заряда аккумуляторной батареи необходим постоянный ток, в генераторы встраивают выпрямители, выполненные на полупроводниковых диодах.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

До недавнего времени на автомобилях применялись генераторы постоянного тока. Их замена генераторами переменного тока произошла благодаря развитию электроники и возможности применения дешевых и надежных полупроводниковых выпрямителей. Достоинствами генераторов переменного тока по сравнению с генераторами постоянного тока являются: расширение рабочего диапазона частот вращения, большой срок службы, меньшая масса при той же отдаваемой мощности, уменьшение трудоемкости технического обслуживания. Генераторы постоянного тока необходимо было защищать от перегрузки и разряда аккумуляторной батареи через его обмотки, для чего устанавливались ограничитель тока и реле обратного тока. Генераторы переменного тока обладают свойством самоограничения максимальной силы тока, а встроенный выпрямитель препятствует разряду батареи через его обмотки.

Напряжение генераторной установки выбирают исходя из того, чтобы не было перезаряда и повышенного разряда аккумуляторной батареи. На величину напряжения, удовлетворяющего данным требованиям,оказывают влияние климатические условия и режимы эксплуатации автомобиля, а также место установки аккумуляторной батареи. Поэтому диапазон изменения напряжения генераторных установок находится в пределах 13,2—15,5 В при номинальном напряжении питания потребителей 12 В. В схемах с номинальным напряжением 24 В напряжение генератора в 2 раза больше.

Схемы различных генераторных установок имеют свои специфические особенности. Однако эти особенности не носят принципиального характера, а определяются в основном применяемой элементной базой и конструктивным совершенством установки. Любой современный автомобильный генератор переменного тока выполняется с электромагнитным возбуждением, т. е. содержит обмотку возбуждения ОВ (рис. 2.1), питание которой осуществляется через регулятор напряжения РН от самого генератора, а когда его напряжение мало — от аккумуляторной батареи. Обмотка возбуждения размещается внутри ротора, который вращается. Трехфазная обмотка статора, в которой индуктируется э. д. е., неподвижна. Обычно фазные обмотки А, В и С соединяются «звездой», но встречаются и соединения «треугольником». Выбор той или иной схемы определяется в основном технологическими возможностями завода-изготовителя. Выпрямление трехфазного тока осуществляется по трехфазной двухполупер йодной схеме.

Регулятор напряжения РН, включенный в цепь обмотчи возбуждения, обеспечивает стабилизацию напряжения генератора в условиях постоянно изменяющихся частоты вращения двигателя и числа включенных потребителей. По своей конструкции регуляторы напряжения подразделяются на электромеханические (их еще называют вибрационными, или контактными), электронные (бесконтактные) и комбинированные. Перспективными являются электронные регуляторы. Применение остальных конструкций может быть оправдано лишь меньшей стоимостью.

Рис. 1. Схема генераторной установки

Электронные регуляторы напряжения постоянно совершенствуются. В начальный период их применения, когда использовалась дискретная элементная база, они имели самостоятельное конструктивное исполнение. В настоящее время регуляторы разрабатываются на интегральных схемах. Благодаря своим малым габаритам они монтируются непосредственно на генераторе.

Рекламные предложения:


Читать далее: Устройство генератора автомобиля

Категория: — Электрооборудование автомобилей

Главная → Справочник → Статьи → Форум


Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о