Вентильные генераторы индукторного типа

Ротор

Статор

Конструкция автомобильного вентильного генератора

Конструкцию автомобильного вентильного генератора с клювообразным ротором рассмотрим на примере генератора Г 250.

Генератор Г 250 (рис. 60) состоит из следующих узлов:

1. статора (якоря);

2. ротора;

3. крышки со стороны контактных колец;

4. крышки со стороны привода;

5. шкива с вентилятором;

6. щеткодержателя.

Пакет 1 набирают из пластин электротехнической стали толщиной 0,5 мм каждая. Две крайние пластины для по­вышения жесткости изготовлены из стали 10 и имеет толщину 2 ± 0,13 мм. Пластины в шести точках по наружной поверхности пакета соединены сваркой.

Внутренняя часть пакета имеет 18 равномерно расположенных по окружности пазов (q = z/2pm = 0,5, где z – число пазов, m – число фаз) трапецеидального сечения, в ко­торых уложена однослойная обмотка якоря 2, подобная волновым обмоткам машин постоянного тока. Обмотка трехфазная катушеч­ная соединена в звезду. Каждая фаза состоит из шести непрерывно намотанных катушек. Каждая катушка состоит из 13 витков мед­ного провода марки ПЭВ-2 диаметром 1,35. Число витков в фазе равно 78, сопротивление фазы в холодном состоянии гене­ратора 0,086 Ом.

Рис. 60. Автомобильный генератор Г 250:

1 — пакет статора; 2 — обмотка статора; 3 — фланцы с многообразными полюсами 4 — обмотка возбуждения; 5 — втулка обмотки возбуждения; 6 — вал; 7 — задняя крышка; 8 — теплоотвод с диодами положительной полярности; 9 — диод отрицатель­ной полярности; 10 — изоляционные втулки контактных колец; // — контактные кольца; 12 — щеткодержатель; 13 — щетки; 14 — вывод обмотки возбуждения «Ш»; 15 — стяж­ная шпилька; 16 — передняя крышка; П — вентилятор; 18 — шкив

Втулка 5 и примыкающие к ней два клювообразных полюсных наконечника 3 образуют 12-полюсную магнитную си­стему.

Клювообразные полюсные наконечники изготовляют методом холодной штамповки из полосовой стали толщиной 12 мм с последующей обработкой по наружному диаметру. Для снижения маг­нитного шума часть наружной поверхности полюса ротора имеет скосы (на сбегающем крае).

Магнитный шум обусловлен главным образом явлением магнитострикции. Магнитострикция — явление изменения формы и размеров ферромагнит­ного тела, помешенного в переменное магнитное поле.

Втулка и полюсные наконечники ро­тора закреплены на валу посредством прессовой посадки на на­катку.

Обмотка возбуждения 4 намотана на втулку 5 в несколько ря­дов. Всего намотано 490 витков медного провода диаметром 0,74/0,83 мм. Провод в рядах укладывают плотно, виток к витку, между рядами прокладывают слои конденсаторной бумаги. По бокам катушки возбуждения устанавливают защитные картонные шайбы, а сверху катушку обклеивают специальной бумагой, кото­рая образует наружную изоляцию. Сопротивление обмотки в хо­лодном состоянии 3,7 Ом. Концы обмотки возбуждения припаяны к двум изолированным одно от другого и от вала медным контакт­ным кольцам 11.

Для снижения вибрации осуществляют статическую и динами­ческую балансировку. Допустимый динамический дисбаланс в каж­дой плоскости равен 4 гсм.

Статор и ротор для повышения электрической проч­ности и теплопроводности витков катушек про­питывают лаком.

Крышки генератора 7, 16 выполнены из алюминиевого сплава методом литья под давлением. Посадочные места под шарикопод­шипники и отверстия в лапах для крепления генератора к двига­телю для предотвращения износа армированы стальными втулками. В крышках установлены закрытые шарикоподшипники с двусто­ронним резиновым уплотнением и одноразовой кремнийорганической смазкой.

Крышка со стороны привода (передняя) 16 имеет вентиляцион­ные отверстия, а также два резьбовых отверстия для съема крышки с вала ротора в процессе разборки генератора. Крышка со стороны контактных колец (задняя крышка) 7 имеет также вентиляционные отверстия и кронштейн (лапу) для крепления генератора на двига­теле. На крышке 7 расположен пластмассовый щеткодержатель 12 с двумя прямоугольными медно-графитовыми щетками 13. Раз­меры щеток 6x6,5x15 мм. Внутри крышки смонтирован трех­фазный двухполупериодный выпрямитель на диодах 9. Для повыше­ния надежности выпрямительного устройства и снижения трудоем­кости при сборке применяют выпрямитель­ный блок БПВ4-45 (рис. 61).

Рис. 61. Выпрямительный блок БПВ4-45:

1 — отрицательная сборная шина; 2 — диоды ВА-20 обратной полярности; 3 — диоды ВА-20 прямой полярности

Блок БПВ4-45 имеет отрицательную сборную шину 1, в ко­торой запрессованы три диода 2 (типа ВА-20) обратной полярности, и положительную сборную шину 4, в которую запрессованы три диода 3 (типа ВА-20) прямой полярности. Сборные шины являются токоведущими элементами. Одновременно их используют для теплоотвода. Шины электрически изолированы. В сборных шинах имеются вентиляционные отверстия. Шесть диодов блока соеди­нены между собой и образуют трехфазную двухполупериодную схему выпрямления. В местах соединения разнополярных диодов имеются клеммы для присоединения фазовых обмоток генератора.

Для охлаждения катушек обмотки статора, а также кремние­вых диодов выпрямителя в генераторе служит венти­лятор, который состоит из крыльчатки 17, связанной с приводным шкивом генератора. Крыльчатка генера­тора штампованная, изготовлена из тонколистовой стали и имеет десять, лопастей. Шкив генератора литой.

Выводные болты генератора (клеммы +, — и Ш) расположены на торце крышки со стороны щеточного узла, что обеспечивает удобный доступ к ним.

Генераторы переменного тока Г 250 устанавливают как на легковых, так и на грузовых автомобилях малой и средней грузо­подъемности с 12-вольтовой системой электрооборудования.

Все модификации генератора переменного тока типа Г 250 пол­ностью унифицированы и отличаются лишь размерами приходных шкивов.

Генераторы переменного тока с клювообразным ротором имеют контактные кольца и щетки, которые определяют долговечность генератора. Долговечность бесконтактного генератора ограничена износом подшипников и старением изоляции обмоток. Бесконтакт­ные генераторы необходимы на тракторах и автомобилях с особо тяжелыми условиями эксплуатации. К бесконтактным относятся индукторные генераторы. Принцип действия индукторного гене­ратора можно пояснить следующим образом.

Рис. 62. Электромагнит с вра­щающимся ротором

Рассмотрим электромагнит (рис. 62) с обмоткой возбуждения (0В), по которой протекает постоянный ток. Полюсы электромаг­нита имеют расточку в виде пазов, в которые заложены катушки. Между полюсами установлен ротор в виде звездочки.

Положим, что на длину дуги расточки электромагнита (статора) приходится целое число зубцовых делений ротора и что зубцовые шаги статора и ротора находятся в соотношении t₁ = 0,5t₂.

Если открытие паза мало, то при вращении ротора полное со­противление магнитопровода не меняется. Следовательно, при не­изменной МДС F неизменным будет и поток Ф, проходящий по всему магнитопроводу. Независимо от положения ротора боль­шая часть потока проходит через зубцы ротора, и только незначи­тельная часть - через пазы.

При вращении ротора положение его зубцов по отношению к каждому из зубцов статора изменяется, и поток Ф, проходящий по каждому зубцу статора, периодически изменяется от максималь­ного значения (когда оси зубцов совпадают) до минимального (когда ось зубца статора совпадает с осью паза ротора). Изменение магнитного потока в зубцах статора вызывает появление ЭДС в обмотке якоря. Закон Ома для магнитной цепи Ф = Iw/R_м R_м = l/μ_aS = l/µ₀µS

Изменение магнитного потока в воздушном зазоре по длине окружности якоря показано на рис. 63.

Рис. 63. Распределение магнитного потока в зазоре индукторной машины

Функция Ф =f (х) обладает симметрией относительно осей координат. По­этому при ее разложении в ряд Фурье она будет содержать только постоянную составляющую и нечетные косинусоиды.

Ф = Ф₀ + Ф₁cos x + Ф₃cos x+ Ф₅cos x + …

Если пренебречь высшими гармоническими составляющими, получим следующее выражение:

Ф = Ф₀ + Ф₁cos x,

где Ф₀ = 0,5 (Ф_max + Ф_min) – постоянная составляющая магнитного потока,

Ф₁ = 0,5 (Ф_max - Ф_min) – амплитуда первой гармоники.

В этом случае магнитное поле под пазом ротора имеет один знак (относительно Ф₀), а под зубцом ротора - противоположный. Следова­тельно, зубец и паз ротора для потока первой гармоники можно рассматривать как полюсы разноименной полярности.

Число пар полюсов в рассматриваемом случае равно числу зубцов ротора, т. е.

p = z_з.

При вращении ротора со скоростью ω = 2πf (х = ωt) измене­ние потока в зазоре можно представить формулой

Ф = Ф₀ + Ф₁cos ωt.

Изменение магнитного потока в зубце статора индуктирует в обмотке, расположенной на зубце статора, ЭДС,

e = w dФ/dt = w d(Ф₁cosωt)/dt = wωФ₁sinωt,

где w – число витков в обмотке статора.

Сумарное значение ЭДС в фазе обмотки статора равно

e_с = z_we = z_wωwФ₁sinωt = U_m sinωt,

где z_w – число последовательно включенных обмоток.

U_м = z_wwωФ₁ = z_ww2πfФ₁ = z_ww2π(pn/60)Ф₁ = z_ww2π(z_зn/60)Ф₁, (ω = 2πf),

а действующее значение,

U_d = U_м/√2 = z_ww2π(z_зn/60)Ф₁/√2 = 4,44wfФ₁ = 4,44wf(Ф_max – Ф_min)/2 =

= 2,22wf (Ф_max – Ф_min),

Таким образом, при вращении ротора в витках катушки ста­тора индуктируется переменная ЭДС с частотой, пропорциональ­ной частоте вращения ротора.

На рассмотренном принципе и работает индукторный генера­тор.

Итак, индукторной называется такая электрическая машина, у которой основной магнитный поток в произвольной точке статора изменяется только по величине, и изменение потока, вызвано вращеним ротора.

Рис. 64. Индукторный генератор с двусторонним возбуждением:

1 — обмотка возбуждения; 2 — магнитные системы индуктора (втулка с фланцем); 3 — вал; 4 — звездочка ротора; 5 — магнитопровод якоря; 6 — крышки;

7 — обмотка якоря

Обмотка возбуждения (рис. 64) 1, по которой протекает постоянный ток, создает в магнитной системе поток, который при вращении ротора остается постоянным по величине и направлению. Этот поток за­мыкается, проходя через воздушный зазор между втулкой и ва­лом 3, звездочку 4, воздушный зазор между ротором и статором, магнитопровод якоря 5, крышку 6, толстостенную шайбу втулки.

Путь и направление магнитного потока указаны пунктирной линией и стрелками. Все зубцы роторного, пакета имеют одну по­лярность (в данном случае северную).

В индукторном генераторе обмотка якоря и обмотка возбуждения расположены неподвижно, т. е. не требуют подвижных контактов. Следовательно, индукторные генераторы являются бесконтактными.

Дата добавления: 2014-01-07