Конструкция автомобильных генераторов переменного тока

Типичным генератором переменного тока с контактными кольцами является генератор 37.3701 (рис. 1), устанавливаемый на автомобилях ВАЗ-2108 и их модификациях. По габаритным, присоединительным и установочным размерам он взаимозаменяем с генераторами Г221 и Г222, но конструктивно от них отличен. Генератор имеет мощность 750 Вт и рассчитан на номинальное напряжение14 В и номинальный ток 55 А. Ресурс не менее 125000 км пробега автомобиля, масса без шкива 4,4 кг.

Рис. 1 Генератор 37.3701

Генератор состоит из статора 11 (рис. 1), ротора 10, крышки 14 со стороны привода, крышки 4 со стороны контактных колец с выпрямительным блоком 2 и шкива с вентилятором 17.

Пакет статора набран из пластин электротехнической стали толщиной 1 мм, соединенных при помощи сварки в четырех точках. Трехфазная обмотка 18 статора расположена в пазах полузакрытой формы. Обмотка трехплоскостная, двухслойная, с числом пазов на полюс и фазу, равным 1. Фазовые обмотки соединены в двойную "звезду". Число витков в фазе 54. Диаметр провода фазы 0,95 мм, сопротивление фазы в холодном состоянии 0,155 Ом.

Ротор включает в себя вал 9, обмотку возбуждения 12, клювообразные полюсы и контактные кольца 8. Обмотка возбуждения изолирована от полюсов пластмассовым каркасом. Концы обмотки возбуждения припаяны к контактным кольцам. Для предотвращения проворачивания и междувиткового замыкания обмотка пропитана лаком, а ротор в сборе для снижения вибрации сбалансирован в двух плоскостях. Обмотка имеет следующие параметры: число витков 420, диаметр медного провода 0,8 мм и сопротивление обмотки в холодном состоянии 2,6 Ом.

Крышки генератора 4 и 14 литые, выполнены из алюминиевого сплава. В крышках установлены шарикоподшипники 5 и 16, причём в канавке крышки со стороны контактных колец для предотвращения проворачивания наружной обоймы шарикоподшипника установлено резиновое кольцо 6. Крышки имеют вентиляционные окна. Со стороны привода крышка имеет стальной болт 13 крепления натяжной планки генератора и армированную стальную втулку в крепежной лапе генератора. В крепежной лапе со стороны контактных колец вставлена резиновая армированная втулка 1, позволяющая выбирать осевой зазор при креплении генератора на двигателе. На крышке со стороны контактных колец расположены щеткодержатель 7 с двумя щетками, конструктивно объединенный с интегральным регулятором напряжения, выпрямительный блок стремя дополнительными диодами для питания обмотки возбуждения помехоподавительный конденсатор 3 емкостью 2,2 мкФ подсоединенный к генератору с помощью флажкового штекера.

Интегральный регулятор напряжения и конденсатор имеют герметичное исполнение. Протяжная вентиляция генератора осуществляется центробежным вентилятором 17, насаженным через сегментную шпонку 15 на вал ротора.

Электрическая схема генератора 37.3701 показана на рис. 2. Показатели использования материалов генератора 37.3701 улучшены по сравнению с генераторами Г221 (14 В, 590 Вт) и Г222 (14 В, 660 Вт) за счет совершенствования электромагнитной системы и увеличения тока возбуждения, что позволило получить требуемое повышение мощности практически без увеличения массы и основных размеров генератора.

Для оценки использования материалов генераторов применяют коэффициент использования (максимальный)

K_max = P_гmax / G_г

где Р _гmax- максимальная мощность генератора, Вт; G_Г - масса генератора (без шкива), кг.

Максимальная мощность генератора переменного тока

Р_гmax = U_н * I_гmах

где U_н - номинальное выпрямленное напряжение (14 или 28 В); I_{г max} - максимальный ток нагрузки генератора.

Учитывая, что масса электрических машин зависит не от их мощности, а от момента (т.е. мощности, деленной на частоту вращения), пользоваться коэффициентом К_max можно только для сравнения технического уровня генераторов с одинаковой или близкой частотой вращения. Для более объективной оценки технического уровня генератора с точки зрения использования материалов применяется удельный коэффициент использования, учитывающий различную частоту вращения,

К_уд = U_н * I_рас /(G_гn_рас),

Рис 2. Электрическая схема генератора 37.3701

Где I_рас - расчетный ток, соответствующий 70 ... 75 % I_{г max}; n_рас - частота вращения, соответствующая 'рас' Параметры I_рас и n_рас можно определить, проводя из начала координат касательную к токоскоростной характеристике (см. рис. 1.6,6). Точка касания определяет расчетные значения I_рас и n_рас,

На практике в случаях, когда токоскоростная характеристика неизвестна и определить значения I_рас и n_рас невозможно, пользуются удельным коэффициентом использования по холостому ходу

К_х = Uн * I_г /(G_{гmax *} n_x)

где п_х - начальная частота вращения при холостом ходе.

Сравнительная оценка Генераторов Г221, Г222 и 37.3701 по этим показателям приведена в табл. 1.1.

Генератор 2102.3701. (рис. 3) относится к семейству индукторных генераторов и предназначен для установки на автомобилях КамА3 и "Урал". Генератор представляет собой одноименнополюсную семифазную индукторную машину с односторонним электромагнитным возбуждением и встроенным кремниевым выпрямителем.

Таблица 1.1

Рис. 3. Генератор 2102.3701

Рис. 4. Электрическая схема генератора 2102.3701

Статор 10 имеет 14 зубцов, на которых закреплены катушки семифазной обмотки 11. Обмотка - катушечная однослойная, одноплоскостная, имеет по две последовательно соединенные катушки в фазе. Фазы соединены в семиугольник (рис. 1.13).

Ротор 7 (см. рис. 3) представляет собой цилиндрический пакет с зубцами снаружи (1 О зубцов) и цилиндрическими отверстиями внутри. Ротор соединен с приводом консольно С помощью стального фланца. Система возбуждения состоит из обмотки возбуждения 5 и внешнезамкнутого магнитопровода, наружная часть которого магнитопроводная стальная крышка 6, внутренняя - центральная втулка 2, ось 1, переходная втулка 13.

Магнитопроводная стальная крышка 6 состоит из трубы с приваренным фланцем-звездочкой с секторами для забора воздуха по периферии и центральным отверстием, в котором приварена стальная центральная втулка-магнитопровод 2. Внутри этой втулки проходит ось 1 генератора, а снаружи расположена обмотка возбуждения 5. С торца, обращенного к ротору, на центральную втулку насажена переходная втулка 13, поддерживающая обмотку возбуждения 5 и входящая во внутреннюю расточку пакета ротора 7. Указанные узлы образуют замкнутую магнитную цепь генератора.

Созданный обмоткой возбуждения магнитный поток 4 циркулирует по пути: пакет статора 10- наружная часть стальной крышки 6фланец стальной крышки 6 - центральная втулка 2 - переходная втулка 13 - вспомогательный воздушный зазор 8 - пакет ротора 7основной воздушный зазор 9- пакет статора 10.

При вращении ротора 7 в зубцах статора 10 пульсирует магнитный поток 4, вызывая появление ЭДС в катушках обмотки статора, охватывающих зубцы. Фланец 12 пакета ротора 7 соединен сваркой с втулкой 15, на которой с помощью шпонки и гайки укреплен шкив 14 привода генератора и центробежный вентилятор 17. Втулка 15 опирается внутренней расточкой на наружные обоймы подшипников 16, установленных внутренними обоймами на неподвижной оси 1, пропущенной через отверстие в центральной втулке 2 и зафиксированной от продольного перемещения болтом 3. Расположение подшипников на одной оси и в одном гнезде исключает их перекосы при сборке. Один из подшипников 16 расположен под ручьем шкива, что сводит к минимуму радиальную нагрузку и увеличивает срок службы подшипников.

Передняя крышка 18 генератора выполнена в виде кольца с лапой, надевается на статор и соединяется с задней крышкой болтами, притягивая статор 10 к стальной крышке 6.

Рис. 5. Генератор 49.3701

Максимальная мощность генератора 1680 Вт, ресурс 400 000 км пробега для автомобиля и 16 тыс. мото-ч для гусеничного тягача, масса 14,3 кг. Представителем семейства бесконтактных генераторов с укороченными полюсами является генератор 49.3701 (рис. 5). Ротор генератора состоит из двух клювообразных полюсных половин 4, между которыми размещена втулка 1 с обмоткой возбуждения 3. Полюсные половины и втулка напрессованы на рифленый вал. Обмотка возбуждения крепится на алюминиевом каркасе 2, который закреплен в канавке посередине статора. Обмотка статора 5 трехфазная, соединенная "звездой", размещена в равномерно распределенных по окружности 18 пазах.

Концы обмотки статора соединены со встроенным в генератор выпрямительным блоком БПВ 4-60-02 б. Блок БПВ 4-60-02 (рис.6) имеет отрицательную сборную шину 1, в которую запрессованы три диода 2 типа ВД-20 обратной полярности, и положительную сборную шину 4, в которую запрессованы три диода 3 того же типа, но прямой полярности. Сборные шины электрически полностью изолированы друг от друга и являются токоведущими элементами, одновременно их используют для теплоотвода.

В сборных шинах имеются вентиляционные отверстия. Шесть диодов блока соединены между собой и образуют трехфазную двух полупериодную схему выпрямления. В местах соединения разнополярных диодов имеются клеммы для присоединения фазных обмоток генератора.

Рис. 6. Выпрямительный блок БПВ 4-60-02

Трудоемкость технического обслуживания генераторов 49.3701 сведена к минимуму, так как они не нуждаются в замене щеток, зачистке и проточке контактных колец и в периодической очистке каналов щеткодержателя.

На современных легковых автомобилях, у которых объем подкапотного пространства, как правило, ограничен, нашли применение генераторы так называемой компактной конструкции. Главной отличительной чертой таких генераторов является принципиально другая система вентиляции.

В генераторе обычной конструкции (рис. 1.16,8) воздух засасывается через отверстия в крышке со стороны контактных колец, проходит· через выпрямительный блок, статор и ротор и, выходя через отверстия в крышке со стороны привода, попадает на лопатки вентилятора, откуда подается в разные стороны.

Рис. 7. Направление потока охлаждающего воздуха в генераторах обычной (а) и компактной (б) конструкций:

1 - ротор; 2 - обмотка статора; 3 - вентилятор

Рис.8

Генератор компактной конструкции (рис. 7,б) засасывает воздух через отверстия в обеих крышках двумя установленными на роторе вентиляторами, лопатки которых подают воздух на обмотки статора. Охладив статор, воздух выходит наружу через отверстия в цилиндрических поверхностях обеих крышек.

Вентиляторы генераторов компактной, конструкции имеют меньший диаметр, нежели традиционные, поэтому для нормального охлаждения требуется большая частота вращения ротора. Это вынуждает конструкторов использовать передачи с поликлиновыми ремнями, которые способны работать со шкивами меньшего диаметра, необходимыми для повышения передаточного числа. Кроме того, компактные генераторы имеют контактные кольца меньшего диаметра для снижения скорости в точке трения кольца с щеткой. Часто контактные кольца имеют диаметр, равный диаметру вала ротора, поэтому из конструктивных соображений их располагают на валу консольно (рис. 8).

Использование генераторов компактной конструкции на автомобилях, эксплуатирующихся в тяжелых дорожных условиях, нежелательно из-за их низкой пылеустойчивости.

Эта проблема решается разработкой бесконтактных (бесщеточных) генераторов имеющих конструкцию ротора, показанную на рис. 1.18. .

На вал ротора, являющийся также магнитопроводом 1, посажена клювообразная полюсная половина 4, а правая выполнена в виде короны 2 и жестко связана с левой, посредством кольца из немагнитного материала З.

Рис.9. Безобмоточный ротор.

РИС.10. Генератор Bosch с жидкостным охлаждением:

1 - шкив; 2 - выпрямитель; 3 - регулятор напряжения; 4 - крышка со стороны привода; 5 - корпус генератора; 6 - охлаждающая жидкость; 7 - ниша двигателя; 8- неподвижная обмотка возбуждения; 9- магнитопровод;

10 - обмотка статора; 11 - безобмоточный ротор

Обмотка возбуждения генераторов этого типа располагается на магнитопроводе, закрепленном неподвижно на крышке генератора. Эта конструкция находит применение, как в генераторах традиционного исполнения, так и в компактных генераторах с жидкостным охлаждением.

На рис. 10 представлен генератор Bosch с жидкостным охлаждением, устанавливаемый на современные автомобили представительского класса. Основным преимуществом генератора этого типа является снижение шума возникающего в традиционных генераторах при прохождении воздуха через вентиляторы с большой скоростью. Генератор располагается в специальной нише, сообщающейся с системой охлаждения двигателя. Клеммы для подключения генератора к бортовой сети располагаются на крышке со стороны привода.