Принцип действия синхронного генератора

Принцип работы генератора переменного тока

Автомобильные генераторы

Лекция 4

Требования к системе зарядки автомобиля

Главным элементом системы зарядки в автомобиле явля­ется генератор переменного тока. Генератор вырабатывает переменный ток, но на выходных клеммах генератора, должно быть стабильное постоянное напряжение, так как именно постоянный ток необходим для зарядки аккумуляторной батареи.

Система зарядки должна при ра­ботающем двигателе, должна отвечать следующим критериям:

1. обеспечивать требования по току за­ряда для батареи;

2. работать при холостых оборотах двигателя;

3. нуждаться в минимальном обслуживании;

4. позволять диагностировать исправное состо­яние.

Генератор при работающем двигателе является основным источником

электроэнергии автомобиля. Автомобильные генераторы в отличие от генераторов общепромышленного применения работают при переменной частоте вращения с регуляторами напряжения, которые поддерживают постоянное напряжение.

К генераторам предъявляют следующие основные требования:

1. простота конструкции;

2. долговечность и надежность в эксплуатации;

3. малые габаритные размеры, масса и стоимость;

4. большая удельная мощность;

5. возможность заряда аккумуляторных батарей при малой частоте вращения вала двигателя.

В процессе работы электрического генератора происходит преобразование механической энергии в электрическую. В основе этого процесса лежит закон электромагнитной индукции Фарадея:

В замкнутом проводнике, движущемся в магнитном поле, возникает индукционный ток.

Это открытие является одним из самых фундаментальных открытий в электродинамике.

Рассмотрим упрощенную модельь синхронного генератора (рис. 6.1). Неподвижная часть машины, называемая статором, представляет собой полый шихтованный цилиндр 1 (сердечник статора) с двумя продольными пазами на внутренней поверхности. В этих пазах расположены стороны витка 2, являющегося обмоткой статора. Во внутренней полости сердечника статора расположена вращающая­ся часть машины, называемая ротор, представляющий собой постоянный маг­нит 4 с полюсами N и S, закрепленный на валу 3.

Рис. 6.1. Упрощенная модель синхронно­го генератора

Вал ротора посред­ством ременной передачи механически связан с приводным двига­телем (на рисунке не показан). В реальном автомобильном синхронном генераторе в качестве приводного двигателя используется двига­тель внутреннего сгорания. Под действием вращаю­щего момента приводного двигателя ротор генератора вращается с частотой n против часовой стрелки. При этом в обмотке статора в соответствии с явлением электромагнитной индукции наводится ЭДС, направление которой показано на рисунке стрелками. Так как обмотка статора замкнута на нагрузку Z_нг, то в цепи этой обмотки появится ток i.

В процессе вращения ротора магнитное поле постоянного маг­нита также вращается с частотой n, а поэтому каждый из провод­ников обмотки статора попеременно оказывается то в зоне север­ного N магнитного полюса, то в зоне южного S магнитного по­люса. При этом каждая смена полюсов сопровождается изменени­ем направления ЭДС в обмотке статора. Таким образом, в обмотке статора синхронного генератора наводится переменная ЭДС, а ток i в этой обмотке и в нагрузке Z_нг также переменный.

Мгновенное значение ЭДС обмотки статора в рассматриваемом синхронном генераторе

е = 2Blv = 2BlπDn/60,

где В - магнитная индукция в воздушном зазоре между сердечни­ком статора и полюсами ротора, Тл; l - активная длина одной пазо­вой стороны обмотки статора, м; v = πDn/60 - скорость движе­ния полюсов ротора относительно статора, м/с; D - внутренний диаметр сердечника статора, м, n – частота вращения ротора, м/мин.

Из формулы видно, что при неизменной частоте вращения ротора форма ЭДС обмотки статора определяется исключительно законом распределения магнитной индукции В в зазоре. Если бы график магнитной индукции в зазоре представ­лял собой синусоиду В = B_maxsinα, то ЭДС генератора была бы синусоидальной.

Частота ЭДС синхронного генератора f (Гц) прямо пропорцио­нальна частоте вращения ротора n (об/мин), которую принято на­зывать синхронной частотой вращения:

f = pn/60,

где p - число пар полюсов; в рассматриваемом генераторе два по­люса, т.е. р = 1.

Для получения промышленной частоты ЭДС (50 Гц) ротор та­кого генератора необходимо вращать с частотой n = 3000 об/мин, тогда

f = 1 · 3000/60 = 50 Гц.

В настоящее время получение, передача и распределение электроэнергии в боль­шинстве случаев производится посредством трехфазной системы. Трехфазная система состоит из трех источников электроэнергии и трех цепей нагрузки, соединенных общими проводами линии передачи.

При такой симмет­рии устройства генератора максимальные значения этих э. д. с. одинаковы. Конструкция генератора должна обеспечивать их синусоидальность. Уравнения мгновенных значений э. д. с. будут:

E_c1-c3 = E_msin ωt;

E_c1-c2 = E_msin (ωt - 2π/3);

E_c2-c3 = E_msin (ωt - 4π/3).

Дата добавления: 2013-12-12