Генераторы переменного тока

МИНИСТЕРСТВООБРАЗОВАНИЯ РФ
ТЮМЕНСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТКафедра «Эксплуатацияавтомобильного транспорта»
РЕФЕРАТ
По дисциплине: «Устройство автомобиля»
На тему:
Генераторы переменного тока
Выполнил:
студент группы ___________
Relax      
Проверил:
Тюмень2001
Содержание
Стр.Введение
3 I. Устройство и работа генератора переменного тока
3 II. Т.О. генератора
8 III. Диагностика генератора
9 Список использованной литературы
10 Введение
Генератор служит дляпреобразования меха­нической энергии в электрическую, не­обходимую для питаниявсех приборов электрооборудования автомобиля (кро­ме стартера) и для зарядааккумуляторной батареи.
Он является основным источником электри­ческой энергиина автомобиле.
В настоящее время на автомо­билях получили широкоераспространение генераторы переменного тока, что вызвано преимущества­ми ихконструкции перед генераторами постоян­ного тока: меньшая масса при той жемощности, большой срок службы, меньший расход меди (в 2—2,5 раза), возможностьповышения передаточного числа от двигателя к генератору до 2,5— 3,0. В этомслучае на оборотах холостого хода двигателя генератор отдает до 25—50% своеймощности, что улучшает условия заряда аккумуляторной батареи на автомобиле, а,следовательно, и ее срок службы. I. УСТРОЙСТВО И РАБОТАГЕНЕРАТОРАПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Вал генера­тора приводится вовращение от шкива, установ­ленного на коленчатом валу двигателя, клиновид­нымремнем. Передаточное число клиноременной передачи 1,7—2,0. При движенииавтомобиля час­тота вращения коленчатого вала при холостом ходе у современныхдвигателей составляет 500—600 об/мин, максимальная частота 4000—5000 об/мин.Таким образом, кратность изменения частоты вра­щения двигателя, а, следовательно, и вала генера­тора можетдостигать 8 — 10. Напряжение генера­тора зависит от частоты вращения его вала.Чем выше частота, тем больше напряжение генератора. Однако все приборыэлектрооборудования автомо­биля, особенно лампы и контрольно-измерительные
приборы, рассчитаны напитание от постоянного напряжения 12 или 24 В. Поддержание постоянстванапряжения генератора независимо от изменения частоты вращения и нагрузкигенератора (включе­ния потребителей) выполняет специальный прибор, называемыйрегулятором напряжения.
При снижении частоты вращения коленчатого валадвигателя ниже 500-700 -об /мин напряжение генератора становится меньшенапряжения акку­муляторной батареи. Если батарею не отключить от генератора,она начнет разряжаться на генера­тор, что может привести к перегреву изоляцииобмоток генератора и разряду аккумуляторной ба­тареи. При увеличении частотывращения коленча­того вала двигателя необходимо вновь включить ге­нератор всистему электрооборудования. Включе­ние генератора в системуэлектрооборудования,  когда егонапряжение выше напряжения аккумуля­торной батареи, и отключение генератора отсети, когда его напряжение ниже напряжения аккумуля­торной батареи, выполняетспециальный прибор, на­зываемый реле обратного тока.
Генератор рассчитан на отдачу определенноймаксимальной для данного генератора величины тока, однако при неисправности всистеме электро­оборудования (разряженная аккумуляторная бата­рея, короткоезамыкание и т. д.) генератор может отдавать ток больший, чем тот, на который онрас­считан. Длительная работа генератора в таком ре­жиме приведет к егоперегреву и сгоранию изоля­ции обмоток. Для защиты генератора от перегрузкислужит специальный прибор, называемый огра­ничителем тока.         
Все три прибора — регулятор напряжения, реле обратноготока и ограничитель тока—объединены в одном устройстве, называемом реле-регуля­тором.
В некоторых генераторах, напримерГ-250, пере­менного тока реле обратного тока и ограничитель тока могутотсутствовать, но в конструкции генератора имеются устройства, выполняющие функ­цииэтих приборов.
На рис. 1 показаноустройство генератора пе­ременного тока Г-250. Генератор имеет статор 6с трехфазной обмоткой, выполненной в виде отдельных катушек, насаженных, назубцы статора. В каждой фазе имеется по шесть катушек, соеди­ненныхпоследовательно. Фазные обмотки статора соединены звездой, и их выходные зажимыпод­ключены к выпрямительному блоку 10.

Рис. 1
Устройство генераторапеременного тока Г-250
Корпус статора набран из отдельных пластинэлектротехнической стали. Обмотка возбуждения 4 генератора выполнена ввиде катушки и по­мещена на стальной втулке клювообразных полю­сов ротора 13.Втулка, клювообразные полюсы ро­тора и контактные кольца 5 жестко закреплены навалу 3ротора (прессовая посадка на накатку). Магнитное поле, создаваемое обмоткойвозбуждения, проходя через торцы клювообразных полюсов, образует северные июжные  полюсы на роторе (рис.2) (Е.В.Михайловский,«Устройство автомобиля», с. 163).

Рис.2
Ротор
При вращении ротора магнитноеполе по­люсов ротора пересекает витки катушек обмотки статора, индуктируя вкаждой фазе переменную э.д.с.
(рис. 3, б).

Рис. 3
Схема выпрямления переменноготока
Токв обмотке возбуждения подводится через щетки 8 (рис.1)и контактные кольца 5, к кото­рым припаяны концы обмотки возбуждения. Щёт­киукреплены в щеткодержателе 9.
Статоргенератора с помощью стяжных болтов закреплен между крышками 1и 7,которые имеют кронштейны крепления генератора к двигателю. В крышке 1со стороны привода вверху имеется резь­бовое отверстие для крепления натяжнойпланки, с помощью которой регулируется натяжение приводного ремня генератора.Крышки отлиты из алю­миниевого сплава.
Сцелью уменьшения износа посадочное место под шарикоподшипник в задней крышке 7и отвер­стия в кронштейнах крышек армированы стальны­ми втулками.
Вкрышках установлены шариковые подшипники 2 и 12 с двустороннимуплотнением и смазкой, за­ложенной на весь срок службы подшипника.
Навыступающий конец вала 3 ротора крепится наружныйвентилятор 14 (рис. 1) и шкив 15. В крышках имеютсявентиляционные окна, через которые проходит охлаждающий воздух. Направле­ниедвижения охлаждающего воздуха — от крыш­ки со стороны контактных колец квентилятору.
Вкрышке со стороны контактных колец уста­навливается выпрямительный блок 10,собранный из кремниевых вентилей (диодов), допускающих рабочую температурукорпуса плюс 150°С.

Рис. 4
Типы выпрямительных блоков
Выпрямительныйблок ВБГ-1. (рис. 4) состоит из трех моноблоков,соединенных в схему двухполупериодного трехфазного выпрямителя
(рис. 3, а)
Каждые два вентиля выпрямителя размещены в моноблоке,выполняющем одновременно роль ра­диатора и токопроводящего зажила средней точкисхемы 3. В корпусе моноблока-радиатора 4 имеются два гнезда, вкоторых собраны р-п-переходывыпрямительных вентилей. В одном гнезде р-п-переходимеет на корпусе р-зону, а в другом —п-зону.                 Противоположные зоны переходов имеют гибкие выводы 9,которые соединяют моноблок с соедини­тельными шинами 2. Отрицательная шинавыпря­мительного блока соединена с корпусом генера­тора. В более позднихконструкциях выпрямительных блоков БПВ-4-45 (рис. 4, б)на ток  45 А применя­ют кремниевыевентили типа ВА-20, которые за­прессованы в теплоотводы 12 отрицательной и по­ложительнойполярности по три вентиля в каждый. Теплоотводы изолированы один от другогопласт­массовыми втулками-изоляторами 13. Обратный ток вентилей непревышает 3 мА, а собранного блока —10 мА. Для генераторов с максимальноймощностью до 1200 Bт  (Г-228) применяют кремниевые выпрямительныеблоки ВБГ-7-Г на ток 80 А (рис. 4, в) илиБПВ-7-100. В блоках БПВ-7Т и БПВ-7-100 применены вентили ВА-20 по двапараллельно в каждом плече, по шесть вентилей в каждом теплоотводе. БлокБПВ-7-100 на ток 100 Aи егоэлектрическая схема показаны на  рис. 4, г.
Для снижения уровнярадиопомех в блоках, ВБР-7-Г и, БПВ-7-100 установлен параллельно зажимам «+», и«—» генератора конденсатор ёмкостью 4,7 мкФ. Общий вид  вентиля BA-20 показан на рис. 5.Номинальный ток вентиля 20 А., Для упро­щения схемы, электрических  соединений вентиливыпускаются вдвух исполнениях — с прямой и обратной полярностью корпусам (рис. 5, б). В вентилях прямой полярности «+»выпрямленного будет на корпусе, в вентилях обратной полярнос­ти будет «—»выпрямленного тока. 
Вентили прямой и обратнойполярности различаются цветом маркировки, наносимой краской на  донышке корпуса.  Вентили прямойполярности: («+» на корпус) помечаюткрасной краской, а вентили обратной полярности ( «—» на корпус) — черной.

Рис. 5
Кремниевыйвентиль ВА-20
          Электрическая схема соединения обмоток гене­ратораи выпрямителей показана на рис 3, а. Привращении ротора генератора в каждой фазе индуктируется переменноенапряжение  изменение кото­рого за одинпериод показано на рис. 3, б. После выпрямления кривые фазногонапряжения примут вид изображенный на рис. 3, в.Выпрямленное напряжение  будет почтипостоянным, (линия 1 на рис. 3,в),  причемчастота пульсаций выпрямленного напряжения будет в шесть раз больше, чемчастота в фазных обмотках (Ю.И. Боровских,«Устройство автомобилей»,с. 183).
С увеличением, частоты вращения повышается частотатока, индуктированного в фазных отмотках генератора переменного тока, ивозрастает индуктивное сопротивление обмоток. Поэтому при большой частоте,вращения ротора, когда генератор может отдавать максимальную мощность, не возни­каетопасности его перегрузки, поскольку сила тока генератора ограничиваетсяповышенным индуктив­ным сопротивлением его обмоток. Это явление вгенераторах  переменного тока называется  свойством самоограничения. Автомобильныегенераторы Г-250, Г-270, Г-221 и другие сконструированы таким образом, что ненуждаются в ограничителе тока.
Свойствовентилей пропускать ток только в одном направлении (от генератора каккумуляторной  батарее) исключаетнеобходимость установки в реле-регуляторе реле обратного тока. Такимобразом,  реле-регуляторе работающем  с автомобильным генератором переменного тока,может применяться только регулятор напряжения. Это значительно упрощаетконструкцию и снижает разме­ры, вес и стоимость реле-регулятора. Пути токачерез  вентили выпрямителя припрохождении обмотками первой фазы северного и южного полюсов ротора показанына  рис. 3, а  стрелками. Как видно из схемы, при наличии в обмоткахпервой фазы переменного по направлению тока ток в цепи нагрузки (Rн) будетпостоянным. Аналогично происходит процесс и в других фазах.II.Т.О.  ГЕНЕРАТОРА
         Отказами и неисправностями генератораявляются: обрыв или короткое замыкание  вобмотке статора генератора или в обмотке возбуждения, нарушение контакта щетокс кольцами и искрение щеток, износ подшипников генератора, поломка илиослабление пружины щеткодержателей, пробой диодов в выпрямителе, ослаблениенатяжения (чрезмерное натяжение) приводного ремня.
         Неисправности генератора обнаруживаютсяпо показаниям амперметра или сигнальной лампы. Амперметр при неисправномгенераторе будет показывать разряд, а сигнальная лампа будет гореть приработающем двигателе. Нарушение контакта щеток с кольцами возникает отзагрязнения, обгорания или их износа, выкрашивания или износа щеток, а такжеослабления или поломки нажимных пружин щеток. Загрязнение кольца следуетпротереть чистой тряпкой, обгоревшие кольца прочистить стеклянной бумагой,изношенную щетку заменить новой и притереть ее по кольцу.
III. ДИАГНОСТИКА ГЕНЕРАТОРА
         Диагностирование генераторов сводится кпроверке ограничивающего напряжения и работоспособности генератора. Длявыполнения этой операции необходимо включить вольтметр параллельно потребителямтока. Ограничивающее напряжение проверяют при включенных потребителях тока(подфарниках и габаритных фонарях) и повышенной частоте вращения коленчатоговала двигателя. Оно должно быть в диапазоне 13,5-14,2 В. Работоспособностьгенератора оценивают по напряжению при включении всех потребителей на частотевращения, соответствующей полной отдаче генератора, которое должно быть не ниже12 В. Однако подобная методика проверки не может выявить характерные, хотя иредко встречающиеся неисправности генератора, такие, как обрыв или замыканиеобмоток статора на массу, обрыв  илипробой диодов выпрямителя, ввиду значительных резервов работоспособностигенератора.
         Эти неисправности легко выявляются похарактерному виду осциллограмм, связанному в первую очередь с увеличениемдиапазона колебания напряжения. При исправной работе генератора диапазонколебаний напряжения в сети не превышает 1-1,2 В, который обусловливаетсяпериодическим включением в цепь нагрузки первичной обмотки катушки зажигания.Это легко читается по осциллограмме осциллографа мотортестера (Элкон S-300,Элкон S-100А, К-461, К-488).
При одном пробитом (закороченном) диоде в результате его выпрямляющихсвойств диапазон колебания напряжения возрастает до 2,5-3 В. при общем снижениичастоты его колебаний. Средний уровень напряжения, показываемый вольтметром,при этом не меняется, однако выбросы напряжения приводят к снижениюдолговечности аккумуляторной батареи и других элементов электрооборудования (В.Л. Роговцев,«Устройство и эксплуатацияавтотранспортных средств», с.391).
         Таким образом, одновременное применениеосциллографа и вольтметра позволяет быстро и объективно проводитьдиагностирование генераторов и реле-регуляторов переменного тока. Повышениенапряжения генератора более расчетного на 10-12% снижает срок службыаккумуляторной батарей в 2-3 раза.
         Неисправный генератор заменяют илиремонтируют в условиях электроцеха, ограничивающее напряжение реле-регуляторарегулируют натяжением пружины якорька, а при отсутствии таковой возможностиреле-регулятор также заменяют. Бесконтактно-транзисторные реле-регуляторырегулируют только в условиях электроцеха.Список использованной литературы:
1.   Е.В. Михайловский, К.Б.Серебряков, Е.Я. Тур,
     Устройство автомобиля, Учебник. – М.: «Машиностроение» 
     1987.-350 с.
2.   Ю.И. Боровских, В.М.Кленников, А.А. Сабинин,
     Устройство автомобилей, Учебник. –­­ М.:«Машиностроение»   
     1983.-320 с.
3.Сборники «Автомобилист»,Журнал. – М.: «Машиностроение»  
    1984.- 95с.
3.    С.И.Румянцев,Ремонт автомобилей, Учебник. –М.: «Машиностроение»   1981.- 230 с.
4.    АвтомобильГАЗ-24 «Волга», Учебник. –М.: «Машиностроение»   1976г.- 200 с.
5.   Автомобиль ЗИЛ-130, Учебник. – М.: «Машиностроение»   
         1978г.- 180 с.
6.   В.Л. Роговцев, А.Г. Пузанков, В.Д. Олдфильд,
    Устройство и эксплуатацияавтотранспортных средств, 
    Учебник. –М.: «Транспорт» 1996. – 430с.