3.3. Генераторы и системы регулирования

На современных автобусах применяют в основном генераторы переменного тока. Для получения постоянного тока, необходимого для заряда аккумуляторной батареи, в выходной цепи генератора устанавливается выпрямительное устройство. Чаще всего оно представляет собой трехфазный двухполупериодный мост, выполненный на шести диодах. Наличие диодного моста исключает возможность разряда батареи через обмотки генератора. Структурная схема системы электроснабжения приведена на рис. 3.2.

Структурная схема системы электроснабжения

Рис. 3.2. Структурная схема системы электроснабжения: Ir, Iп, Iбз Iбр — токи генератора, потребителей; батареи при заряде и разряде

Наличие в схеме регулятора необходимо потому, что генератор, получающий энергию от двигателя внутреннего сгорания, работает вместе с двигателем в переменном режиме. Схема генераторной установки приведена на рис. 3.3.

Схема генераторной установки

Рис. 3.3 Схема генераторной установки: А, В, С — фазы; ОВ — обмотка возбуждения; РН — регулятор напряжения; VD — выпрямители (вентильные диоды)

В генераторе переменного тока вращающийся ротор несет на себе обмотку возбуждения (ОВ). Питание обмотки возбуждения осуществляется либо от аккумуляторной батареи (при пуске двигателя и при невысокой частоте вращения вала двигателя), либо от самого генератора (режим самовозбуждения). На статоре намотана трехфазная обмотка. Таким образом, генератор имеет три выхода, по одному для каждой фазы (А, В и С). Выпрямительный блок имеет три входа по одному для каждой фазы, и два выхода — один на «массу» («отрицательный») и один к потребителям («положительный»). «По-ложительныи» выход из выпрямительного блока разветвляется на три направления. Одно из них ведет к потребителям, другое — к аккумуляторной батарее. Третье через регулятор напряжения связано с обмоткой возбуждения ротора.

Генератор — электрическая машина переменного тока. Обмотка возбуждения создает электромагнитное поле. При вращении ротора возникает переменное электромагнитное поле, пронизывающее витки обмоток статора, индуцируя в них переменный ток. Таким образом, в обмотках статора возникают три фазы переменного тока, превращаемые в выпрямительном блоке в ток постоянного напряжения.

Номинальное напряжение генератора должно обеспечиваться даже при минимально возможных частотах вращения вала двигателя и, соответственно, якоря генератора. С ростом частоты вращения вала двигателя увеличится частота вращения якоря генератора и вырастет его напряжение. Рост напряжения генератора выше номинального недопустим в связи с перегрузкой потребителей и аккумуляторной батареи при ее заряде. Номинальным напряжением для систем 12 В является 14 В, для систем 24 В — 28 В. Схема регулятора напряжения приведена на рис. 3.4. Питание обмотки возбуждения осуществляется генератором через клеммы В и В. Ток с обмотки возбуждения снимается с клеммы Ш и подается в регулятор напряжения. При номинальном напряжении транзистор VT2 закрыт, а транзисторы VT4 и VT5 открыты. Сила тока питания обмотки возбуждения проходит через транзистор VT5 и уходит на «массу». Цепь питания обмотки возбуждения замкнута. Чувствительным элементом регулятора является стабилитрон VD1. При превышении напряжения выше максимально допустимого стабилитрон VD1 пробивается. Ток, попадающий при этом на базу транзистора VT2, открывает его, шунтируя силу тока базы транзис-торов VT4 и VT5. Транзистор VT5 закрывается, обмотка возбуждения обесточивается, напряжение в сети падает. При падении напряжения ниже заданного стабилитрон VD1 закрывается, процесс повторяется.

Схема регулятора напряжения

Рис. 3.4. Схема регулятора напряжения: ОВ — обмотка возбуждения; VT1…VT5 — транзисторы; Rl, Ra — нагрузочный и добавочный резисторы

Современные регуляторы напряжения представляют собой неразборный узел, подлежащий замене при возникновении любой неисправности.

Конструкции современных генераторов переменного тока отличаются в основном размерами и токоскоростными характеристиками.

В генераторе 65.3701, устанавливаемом на больших городских автобусах ЛиАЗ-5256, в крышках статора на шариковых подшипниках установлен ротор. Корпус статора представляет собой пакет, набранный из пластин электротехнической стали. Пластины изолированы друг от друга лаковым покрытием. В сборе статор имеет 36 равномерно расположенных по окружности пазов, в которых размещена трехфазная обмотка, соединенная по схеме «двойная звезда». Ротор состоит из вала, на котором закреплена втулка. На втулке намотана обмотка возбуждения. На валу ротора закреплены два полюсовых наконечника, имеющих каждый по шесть полюсов клювообразной формы. На вал ротора напрессованы две волокнитовые изоляционные втулки с медными контактными кольцами, к которым припаяны выводы обмотки возбуждения. На выходящем из генератора конце ротора установлены стальной штампованный вентилятор и литой, точеный или штампованный приводной шкив. В крышке статора со стороны контактных колец имеются вентиляционные отверстия и сверху на крышке установлен щеткодержатель. В щеткодержателе установлены две подпружиненные медно-графитовые щетки. Щеткодержатель имеет штекерный разъем для подключения к генератору проводов питания обмотки возбуждения. Снаружи на торце крышки установлены винт «плюсового» вывода, винт «массы» и винты крепления фазовых обмоток статора к выпрямительному блоку. Генератор установлен на двигателе, на специальном кронштейне, и его ротор приводится во вращение двумя клиновыми ремнями. Крепление генератора позволяет изменять натяжение приводных ремней.

При прохождении через обмотку возбуждения постоянного тока вокруг нее создается магнитный поток, охватывающий втулку, клювообразные полюса ротора, воздушный зазор и зубцы статора. При вращении ротора вит-ки обмотки статора пересекаются линиями переменного по величине и направлению магнитного поля. В обмотке статора индуцируется переменный ток. Выпрямительный блок преобразует переменный ток, снимаемый с обмоток статора, в постоянный.

Техническая характеристика генератора

Число параллельных обмоток в фазе статора……………………………………….2

Число витков в катушке обмотки фазы……………………………………………. 8…9

Число катушек в обмотке фазы…………………………………………………………… 6

Марка и диаметр провода статора……………………………….. ПЭТ-200/1,32 мм

Марка и диаметр провода обмотки возбуждения …………..ПЭТВ-2 / 0,75 мм

Сопротивление обмотки возбуждения, Ом………………………………………… 7.2

Токоскоростная характеристика генератора (ТСХ) представляет собой зависимость силы тока нагрузки от максимальной частоты вращения ротора.

Сила тока нагрузки, А 0 30 45 60 70
Максимальная частота вращения ротора, мин-1 1200 1600 1900 2500 5000

Генератор работает совместно с регулятором напряжения, принцип действия которого описан выше. Регулятор поддерживает, в зависимости от настройки, три уровня регулируемого напряжения: 1-й уровень — 27,2±0,7 В; 2-й уровень — 28,4±0,7 В; 3-й уровень — 29,4±0,7 В. Уровни напряжения генератора устанавливаются переключателем, расположенным на корпусе регулятора. Переключатель ступенчато включает в цепь питания регулятора дополнительные сопротивления 1,8…2,2 кОм или 4,7 кОм.

На рис. 3.5 представлена конструкция генератора переменного тока 9422.3701 автобуса ГАЗ—2217 «соболь». Генератор трехфазный, синхронный, со встроенными выпрямительным блоком и регулятором напряжения.

Конструкция генератора переменного тока

Рис. 3.5 Конструкция генератора переменного тока: 1 — поджимная втулка; 2 — втулка; 3 — буферная втулка; 4 — передняя крышка (со стороны контактных колец); 5 — винт крепления выпрямительного блока; 6 — выпрямительный блок; 7 — вентиль выпрямительного блока; 8 — конденсатор; 9 — задний подшипник вала ротора; 10 — контактные кольца; 11 — вал ротора; 12 — щетка, соединенная с выводом «В» регулятора напряжения; 13 — вывод «30» для подключения потребителей; 14 — вывод «61» генератора; 15 — щетка, соединенная с выводом «Ш» регулятора напряжения; 16 — вывод «В» регулятора напряжения; 17 — регулятор напряжения; 18 — шпилька крепления генератора к натяжной планке;
19 — крыльчатка; 20 — шкив; 21 — пластины крепления подшипника; 22 — упорное кольцо; 23 — передний подшипник вала ротора; 24 — обмотка ротора; 25 — полюсный наконечник ротора; 26 — обмотка статора; 27 — статор; 28 — задняя крышка (со стороны привода)

Техническая характеристика генератора

Номинальное напряжение, В………………………………………………………………………………………………………………..14

Сила тока, А……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 72

Частота вращения ротора в комплекте с аккумуляторной батареей при напряжении 13 В, сила тока нагрузки не более 41 А, мин-1 ……………………………………………………………………………………………………………………………………не более 1800

Регулируемое напряжение (при силе тока 5…65 А и частоте вращения 6000 мин-1), В…………………. 13,5… 14,2