Введение

Генераторы постоянного тока долгое время были единственным типом источников электрической энергии, применявшихся для пи­тания потребителей и заряда аккумуляторной батареи на авто­мобилях.

В обмотке якоря генератора постоянного тока индуктируется ток переменного направления (переменный ток), который затем преобразуется в ток постоянного направления (постоянный ток) коллектором. Коллектор, таким образом, играет 'роль выпрями­теля. Однако процесс выпрямления тока коллектором связан с искрением под щетками, которое вызывает повышенный износ коллектора и щеток, особенно при большой частоте вращения якоря.

С увеличением мощности и количества потребителей электри­ческой энергии на автомобиле размеры и масса генераторов по­стоянного тока настолько возросли, что размещать их на двига­телях стало трудно, а повышение частоты вращения коленчатого вала двигателя и передаточного числа привода генератора уве­личило износ коллектора и щеток. В связи с этим вместо генера­торов постоянного тока стали применять автомобильные генера­торы переменного тока, в которых преобразование переменного тока в постоянный осуществляется полупроводниковыми выпря­мителями. Комплектно с генераторами переменного тока спроек­тированы и внедрены в производство новые системы регулирования напряжения вместо прежних вибрационных элект­ромагнитных регуляторов напряжения. К ним относятся контакт­но-транзисторные и бесконтактные транзисторные регуляторы на­пряжения.

В последние годы разработаны и освоены в производстве бес­контактные транзисторные регуляторы напряжения на интеграль­ных схемах, очень малые габариты которых позволяют встроить их в генератор.

Комплект генератора постоянного тока с реле-регулятором или регулятором напряжения, а также комплект генератора пе­ременного тока с выпрямителем и регулятором напряжения бу­дем называть генераторной установкой.

Генераторные установки переменного тока обладают рядом преимуществ по сравнению с генераторными установками посто­янного тока.

В генераторе переменного тока отсутствуют коллектор и щет­ки, снимающие с коллекторных пластин весь ток нагрузки. Вме­сто них имеются контактные кольца и щетки, служащие для подвода во вращающуюся обмотку лишь небольшого по величине тока возбуждения генератора. Поэтому износ контактных колец и щеток невелик. В транзисторных регуляторах напряжения вооб­ще нет вибрационных контактов, а в контактно-транзисторных регуляторах напряжения вибрационные контакты значительно разгружены и разрывают лишь небольшой ток.

Все это увеличивает срок службы генераторной установки пе­ременного тока почти вдвое по сравнению с генераторной уста­новкой постоянного тока, а повышение срока службы генератор­ной установки снижает стоимость эксплуатационных затрат.

Сосредоточенная цилиндрическая обмотка возбуждения и клювообразные полюса ротора автомобильного генератора пере­менного тока, а также отсутствие коллектора дают возможность при равных габаритных размерах получить большую мощность и сократить расход меди в 3 раза по сравнению с генераторами постоянного тока. Более низкая частота вращения начала отдачи генератора переменного тока обеспечивает лучший заряд акку­муляторной батареи в условиях эксплуатации автомобиля в го­родских условиях.

Первые автомобильные генераторы переменного тока были спроектированы для работы с отдельными селеновыми выпрями­телями и вибрационными регуляторами напряжения. Селеновые выпрямители громоздки и их приходилось размещать отдельно от генератора в местах, обеспечивающих их хорошее охлаждение, из-за чего требовалась дополнительная проводка от генератора к выпрямителю. Кроме того, они недостаточно теплостойки и допускают максимальную рабочую температуру не выше +80°С. Поэтому селеновые выпрямители в дальнейшем были заменены кремниевыми выпрямителями, более теплостойкими и малогаба­ритными, допускающими их размещение внутри генератора. Виб­рационные регуляторы напряжения также заменяются контактно-транзисторными и бесконтактными регуляторами напряжения.

В настоящее время закончен перевод всех типов отечествен­ных автомобилей на комплектацию генераторными установками переменного тока. Мощность генераторных установок для массо­вых автомобилей увеличилась более чем в 2 раза — с 250 Вт до 500—1000 Вт; ресурс увеличен со 100—150 до 150—300 тыс. км. Начат выпуск генераторов для автобусов ПАЗ и КАвЗ с встроен­ным выпрямительным блоком и встроенным интегральным регу­лятором напряжения. В дальнейшем все типы автомобильных ге­нераторов будут иметь встроенные выпрямители и регуляторы на­пряжения. Развитие применения этих новых конструкций требует изучения принципов работы, характеристик, правил эксплуатации и ремонта автомобильных генераторов переменного тока.

1. Устройство генераторной установки

Генераторная установка переменного тока состоит из трех­фазного синхронного генератора с электромагнитным возбужде­нием, выпрямителя и регулятора напряжения вибрационного, контактно-транзисторного или бесконтактного типа.

В зависимости от способа контроля заряда аккумуляторной батареи существуют две схемы соединения генераторной установ­ки: схема с амперметром (рис. 1) и схема с контрольной лампой (рис. 2). Во избежание разряда аккумуляторной батареи на об­мотку возбуждения генератора регулятор напряжения включают в общую цепь через выключатель зажигания.

Особенностью автомобильного трехфазного синхронного гене­ратора (рис. 3) является применение клювообразных полюсов и обмотки возбуждения, состоящей из одной катушки.

В отличие от синхронных явнополюсных генераторов общепро­мышленного назначения в автомобильных генераторах с клюво-образными полюсами магнитные потоки отдельных полюсов (по­казаны на рис. 3 пунктиром) замыкаются через сердечник ротора и образуют полный магнитный поток генератора, равный сумме магнитных потоков всех полюсов одинаковой полярности. Это дает возможность применить одну сосредоточенную обмотку воз­буждения простой формы и расходовать на ее изготовление ми­нимальное количество проводникового материала — меди. Концы обмотки возбуждения выводят к контактным кольцам, располо­женным на валу ротора.

В отечественных генераторах число полюсов ротора равно 12. Ротор генератора (рис. 3) состоит из вала с закрепленными на нем втулкой с катушкой возбуждения и полюсными наконечни­ками (клювами). Роторы всех генераторов проходят динамиче­скую балансировку. Для балансировки в полюсах надсверливают на небольшую глубину отверстия диаметром 4—8 мм в зависи­мости от размеров генератора. У некоторых типов генераторов, например Г502, полюсные наконечники отжигают для улучшения их магнитных свойств.

Пакет статора набирают из листов электротехнической стали. В пазах статора размещают трехфазную обмотку. Число пазов может быть различным при одном и том же числе полюсов ро­тора и определяется типом трехфазной обмотки и электрическими характеристиками генератора.