Генератори перемінного струму і реле-регулятори

 

1. Генератори перемінного струму призначення і класифікація.

2. Регулятори напруги.

 

1. Генератор на тракторі і автомобілі – основне джерело енергії, призначений для живлення всіх споживачів (крім стартера) і підзарядки акумуляторної батареї при працюючому двигуні.

Для зарядки акумуляторної батареї необхідний постійний струм, тому генератори перемінного струму мають вбудовані випрямляючі пристрої, які зібрані на напівпровідникових кремнійових вентилях (діодах).

Нормальна робота споживачів може бути забезпечена тільки під час живлення їх струмом з оптимальною стабільною напругою. Напруга генератора внаслідок шести-, семи-, восьмиразової зміни частоти обертання ротора і струмового навантаження не залишається постійною. Задана напруга за різних частот обертання підтримується за допомогою регулятора напруги.

Комплект генератора перемінного струму називають генераторною установкою перемінного струму.

Генератори поділяють на: безконтактні індукторні та з обмоткою збудження, яка обертається з контактними кільцями.

Генератори, в яких магнітний потік в статорних обмотках змінюється тільки за значенням за рахунок переміщення феромагнітної маси ротора, називають індукторними.

На рис. 108, а наведена струмошвидкісна характеристика генератора з самообмежувачем струму. На характеристиці показана частота обертання (п_о), при якій генератор виробляє номінальну напругу 14 (28) В без навантаження (І_п=0) під час живлення обмотки збудження 14 (28) В. характеристику знімають ступінчасто, при збільшенні частоти обертання генератора від початкової (п_о) до розрахункової (п_р) спостерігається швидкий ріст струму до розрахункового значення (І_р). Під час подальшого підвищення частоти обертання ріст струму сповільнюється. Крива струму набуває все більш пологого виду внаслідок дії факторів його самообмеження. Максимальний струм (І_{г. max}) досягається на великій частоті обертання ротора, при якій генератор добре охолоджується за рахунок збільшеної подачі повітря вентилятором і тому не перегрівається.

Розрахункове значення струму можна отримати графічно, провівши дотичну із початку координат до кривої струму. За точкою дотику визначають розрахункове значення І_р і п_р. В табличку генератора заносять номінальну напругу і струм І_{г. max}.

Генератор Г306 рис. 108, б (з різними розмірами приводних шківів) встановлюють на двигунах СМД-14, Д-240, Д-37Е і ін. Він представляє собою трьохфазну безконтактну машину з одностороннім електромагнітним збудженням і вмонтованим випрямляючим блоком.

 

Рис. 108. Генератор змінного струму: а – характеристика генератора з самообмеженням струму; б – генератор Г306; 1 – задня лапа; 2 – кришка підшипника; 3 – панель вивідних клем; 4 – задня кришка; 5 – обмотка статора; 6 – статор; 7 – ротор; 8 – обмотка збудження; 9 – передня кришка; 10 – випрямний блок; 11 – вал ротора; 12 – діод; 13 – шків з вентилятором; 14 і 16 – підшипники; 15 – стяжний фасонний болт

 

Генератори з обмоткою збудження, що обертається і контактними кільцями. Принципова схема генератора змінного струму з обмоткою збудження, що обертається, живить через щітки і контактні кільця.

Генератор Г250 (з різними розмірами приводних шківів) встановлюють на автомобілях ЗИЛ-130, ГАЗ-53А, ГАЗ-24, УАЗ-469, “Москвич” і ін. Він представляє собою трифазну синхронну електричну машину з електромагнітним збудженням і вбудованим двохнапівперіодним випрямним блоком. Максимальна потужність – 630 Вт, номінальна напруга – 14 В. Основні частини генератора: статор 1 (рис. 109, а), ротор 20, передня 22 і задня 3 кришки, шків 19, вентилятор 21 і випрямний блок 4.

 

Рис. 109. Генератор Г250-Ж1: а –загальний вигляд: 1 – статор; 2 – обмотка статора; 3 – кришка; 4 – випрямний блок; 5 і 14 – підшипники; 6 – контактні кільця; 7 – щітки; 8 – клема “Ш”; 9 – щіткотримач; 10 – болт кріплення щіткотримача; 11 – полюсний наконечник; 12 – обмотка збудження; 13 – сталева втулка; 15 – шпонка; 16 – шайба; 17 – гайка кріплення шківа; 18 – втулка упорна; 19 – шків; 20 – ротор; 21 – вентилятор; 22 – кришка; 23 – стяжний болт; б– випрямний блок БПВ4-45; 1 – негативна шина (тепловідвід); 2 – діод ВА-20 зворотної полярності; 3 – діод ВА-20 прямої полярності; 4 – затискач для виводу фази генератора; 5 – ізоляційні втулки; 6 – позитивна шина

 

Статор набраний з пластин електротехнічної сталі, зварених між собою. З внутрішньої сторони в пазах статора за допомогою текстолітових клинів закріплені 18 котушок фазних обмоток. Котушки містять по 13 витків дроту ПЭВ-2 діаметром 1,35...1,45 мм. Фази, що містять по шість котушок, сполучені в “зірку”. Кінці фаз спаяні, а початки сполучені із затискачами кремнієвого випрямного блоку типу БПВ-45 або ВБГ-1.

Ротор генератора, на валу якого розташовані втулка 13 з обмоткою 12 збудження, дзьобоподібні полюсні наконечники 11 і два контактні кільця 6 з ізолюючими втулками, обертається в двох шарикопідшипниках 5 і 14, встановлених в кришках 3 і 22. Обмотка збудження складається з 570 витків дроту діаметром 0,74...0,83 мм. Її опір при температурі 25 ^оС – 3,7 ± 0,2 Ом. Обмотки ротора і статора просочені лаком. Підшипники передньої і задньої кришок ущільнені з двох сторін.

Кришки генератора спільно з кріпильними лапами відлиті з алюмінієвого сплаву. В отвори лап і в місця посадки підшипників для підвищення міцності і довговічності встановлені армуючі сталеві втулки. Друга лапа передньої кришки служить для кріплення натяжної планки. В обох кришках зроблені вентиляційні вікна.

Щітковий вузол складається з щіткотримача 9, закріпленого болтом 10 на задній кришці, і двох щіток 7. Одна з щіток сполучена з клемою 8 (Ш), а інша кріпильним гвинтом щіткотримача – з корпусом (“–“) генератора. На кришці встановлений також ізольований від корпусу затиск генератора “+”. Клеми “+”, “–“ і Ш генератора сполучають з однойменними клемами регулятора напруги. Живлення обмотки збудження подається через міднографітні щітки марки Ml, що притиснуті до контактних кілець із зусиллям 1,8...2,6 Н. Щітки прямокутного січення 6 ´ 6,5 мм, їх висота 15 мм. В них закладені мідні канати. Перехідний опір в закладці – не більше 5 Ом.

Випрямний блок БПВ-45 складається з двох шин – тепловідводів 1 і 6 (рис. 109, б) із запресованими в них діодами типу ВА20 прямої 3 і зворотній 2 полярності. Тепловідводи скріпляють гвинтовими затискачами 4 через ізолюючі втулки 5. Виводи діодів прямої і зворотньої полярностей попарно сполучені між собою і з гвинтовими затисками 4, до яких підключені початки фазних обмоток статора. Випрямні блоки БПВ-4, ВБГ-1 і ВБГ-1Б взаємозамінні.

Генератори Г250, які встановлюються на різні двигуни, розрізняються за буквами в маркуванні (Г250-Г1, Г250-И1, Г250-Ж1 і др.).

 

2. Для нормальної і довговічної роботи споживачів необхідно, щоб напруга генератора не відхилялася від оптимального значення більш ніж на ± 3 %. Залежно від умов експлуатації воно повинне перевищувати напругу батареї на 12...25 % (для правильного її заряджання). Зменшення напруги генератора нижче за оптимальне приводить до швидкого розряду акумуляторної батареї і утрудняє пуск двигуна. Підвищення напруги вище потрібної на 10... 12 % скорочує термін служби акумуляторів і освітлювальних ламп в 2...2,5 рази.

Електрорушійна сила (Е), що наводиться у фазних обмотках синхронного генератора, пропорційна частоті обертання (п) ротора і магнітному потоку (Ф) збудження. Напруга (U) генератора на холостому ходу у разі збудження від зовнішнього джерела струму рівно його ЕРС

U = Е = С_е пФ,

де С_е – постійний коефіцієнт для цього типу генератора.

Із збільшенням струмового навантаження напруга генератора знижується на величину падіння його в якорі:

U = Е – 1r_я = С_е пФ – 1r_я.

З наведених рівнянь видно, що для підтримки постійної напруги генератора магнітний потік необхідно змінювати обернено пропорційно до частоти обертання. Магнітний потік при різних частотах обертання і навантаженнях генератора автоматично змінюється регулятором напруги, який коректує середнє значення струму в обмотці збудження включенням в її ланцюг живлення додаткових резисторів або шунтуванням їх при збільшенні частоти обертання і зниженні навантаження. Додаткові резистори знижують струм і магнітний потік обмотки збудження, а отже, і напруга генератора нижче необхідного рівня, тому вони включаються на короткі проміжки часу, різні при різних частотах обертання ротора. Широко застосовуються електромеханічні, електронні (безконтактні) і комбіновані (контактно-транзисторні) регулятори напруги.

Існує два види електромеханічних вібраційних реле-регуляторів: одноступінчаті і двоступінчаті.

Використовувані регулятори напруги: контактно-транзисторні, безконтактні електронні, інтегральні (ИРН).

Генератори змінного струму Г306 і Г250 працюють з контактно-транзисторними регуляторами напруги, які забезпечують відносно високу надійність, довговічність і точність регулювання, а також підвищену потужність генераторних установок.

Реле-регулятори РР362 призначені для роботи з автомобільними, а РР362Б – з тракторними генераторами змінного струму, розрахованими на номінальну напругу 14 В.

Модернізовані контактно-транзисторні реле-регулятори РР362А і РР362Б містять в собі два електромеханічних вібраційних реле-регулятора напруги (РН), реле захисту (РЗ), транзистор V, два діоди Vr, Vs і резистори (рис. 110). В регуляторі РР362Б, крім того, є резистор R_cp і перемикач після сезонного регулювання ППР “Зима-літо”. Регулятор напруги і реле захисту розташовані на панелі в ущільненому корпусі приладу.

¦..: ¦

Рис. 110. Контактно-транзисторний реле-регулятор РР362: РН – регулятор напруги; 1 – ярмо; 2 – пружина; 3 – сердечник; 4 – якір; Р – реле захисту; D – транзистор П217; V г – діод вгамовуючий КД202В; Vз – замикаючий діод Д242; R д – додатковий резистор; R о.с. – резистор зворотнього зв’язку; TБП – пластина термобіметалева; В і Ш – затискачі; ППР – перемикач післясезонного регулювання; R с.р – резистор сезонного регулювання; R Н – опір навантаження споживачів; S – вимикач маси; Н – контрольна лампа

 

Регулятори напруги з електромеханічними реле вимагають частого регулювання, оскільки пружність пружин, форма контактів і зазор між ними з часом змінюються. Вони також недостатньо довговічні і надійні внаслідок зношування і забруднення контактів.

За принципом регулювання напруги електронні (безконтактні) регулятори напруги ідентичні з контактно-транзисторними регуляторами, але в них електромеханічні реле замінені електронними приладами.

Принципова схема безконтактного регулятора напруги РР350А, вживаної для регулювання напруги генераторів Г250-И1, Г250-Е1 і Г250-Н1 на автомобілях ЗИЛ-130, УАЗ-469 і ГАЗ-24, приведена на рис. 111. В неї включено декілька функціональних каскадів.

 

Рис. 111. Схема безконтактного регулятора напруги РР350-А з генератором Г250

 

Розвиток сучасної мікроелектроніки дозволив створити інтегральні регулятори напруги (ИРН), розміри і маса яких дозволяють вбудовувати їх в генератори. Інтегральні регулятори напруги ЯША, Я120АТ і Я112В широко використовують на автомобільних генераторах, а ЯП2Б–на тракторних. Схема регулятора закрита пластмасовою кришкою для захисту від механічних пошкоджень. Вільний простір під кришкою заповнений герметизуючим топливоводотривким компаундом. Виводи ИРН (контактні площини) ізольовані закріплені на корпусі і позначені на кришці буквами “В”, “Ш” або “В”, “Ш”, “Д”, “С”. Розбиранню і ремонту схема не підлягає.

Генераторну установку 15.3701 з ИРН номінальною потужністю 1000 Вт і напругою 14 В (рис. 112) застосовують на тракторах Т-150К і ДТ-175С і комбайнах, що мають споживачі підвищеної потужності. Установка створена на базі генератора Г309. Вона представляє собою безконтактну, індукторну, п’ятифазну, однойменно-полюсну машину з одностороннім електромагнітним збудженням, вбудованим інтегральним регулятором напруги ЯП2Б схема установки (рис. 113), основним і додатковим випрямлячами (блоком БПВ 12-100).

 

Рис. 112. Генераторна установка 15.3701: а – пристрій генератора: 1 – кришка регулятора; 2 – регулятор напруги; 3 – випрямляч; 4 і 10 – підшипники; 5 – обмотка статора; 6 – пакет ротора; 7 – статор; 8 – передня кришка; 9 – обмотка збудження; 11 – шків; 12 – втулка фланцева; 13 – вентилятор генератора; 14 – задня кришка; 15 – вентилятор випрямляча; б – випрямний блок БПБ 12-100 з інтегральним регулятором напруги Я112Б: 1 – діод ВА20 зворотної полярності; 2 – діод ВА20 прямої полярності; 3 – болт кріплення тепловідводу; 4 – діод додаткового випрямляча; 5 – тепловідвод діодів прямої полярності; 6 – кришка випрямного блоку; 7 – корпус ИРН конденсатора фільтра і двох резисторів; 8 – вивідний болт “В”; 9 – резистор ППР; 10 – конденсатор; 11 – резистор підживлення обмотки збудження; 12 – ИРН; 13 – кришка корпусу ИРН; 14 – гвинт кріплення ИРН; 15 – вивід „Д” додатково з випрямляча; 16 – ППР; 17 – сполучна пластина діодів; 18 – корпус випрямного блоку

 

 

Рис. 113. Схема генераторної установки 15.3701

 

 

ЛЕКЦІЯ № 22