Тема 5. Вентильные генераторы с клювообразным ротором.

Тема 5.1 Конструктивные особенности и основные соотношения, принципиальные схемы.

Вентильный генератор с клювообразным ротором (ВГ) представляет собой синхронную электрическую машину со встроенным полупроводниковым выпрямителем.

Принцип действия рассмотрим на электромагнитной схеме (рис.14).

Рисунок 24

Ротор вращается с частотой n1, при этом постоянное магнитное поле ротора также вращается с этой частотой и индуцирует в трёхфазной обмотке статора переменные ЭДС Е_А, Е_В, Е_С, которые одинаковы по значению и сдвинуты по фазе относительно друг друга на ⅓ периода (120 эл град), образуют трёхфазную симметричную систему ЭДС.

С подключением нагрузки в фазах обмотки статора появляются токи I_А, I_В, I_С, при этом трёхфазная обмотка статора создаёт вращающееся магнитное поле, частота вращения этого поля равна частоте вращения ротора:

.

Таким образом, в синхронном генераторе магнитное поле статора и ротор вращаются синхронно.

Отличительные особенности автомобильного ВГ:

1. Малая осевая длина, многополюсность и, следовательно, увеличенный диаметр. При таком соотношении размеров эффективность использования материалов высокая.

2. Ротор - клювообразного типа.

3. Обмотка возбуждения, состоящая из одной катушки, размещена внутри ротора.

4. Малое число пазов на полюс и фазу , Z₁ – число пазов статора, m – число фаз. Обычно q ≤ 1, реже q=2.

Конструктивная схема автомобильного генератора с клювообразном ротором представлена на рисунке 15.

1 – втулка;

2 – обмотка возбуждения;

3 – клювообразные полюсы;

4 – пакет статора;

5 – обмотка якоря;

6 – щётки;

7 – контактные кольца;

Ф – магнитный поток.

Зарисуем ещё раз принципиальную схему ВГ (рис.16).

Временные диаграммы напряжения и токов ВГ (рис. 17):

При холостом ходе в фазах обмотки статора синхронного генератора индуцируется ЭДС:

,

где К_Ф – коэффициент, зависящий от формы кривой поля возбуждения;

,

где B_MAX – максимальная магнитная индукция в воздушном зазоре,

B_СР – среднее значение магнитной индукции в воздушном зазоре.

При синусоидальном законе распределения:

Для трёхфазного генератора:

К₀ – обмоточный коэффициент

К_Р – коэффициент распределения обмотки

К_У – коэффициент укорочения шага обмотки статора

Частота вращения магнитного поля статора (n₀):

- число витков в фазе обмотки;

- магнитный поток в воздушном зазоре на холостом ходу;

,

где - коэффициент полюсного перекрытия.

- полюсное деление

l_i - длина полюса;

- магнитная индукция в воздушном зазоре на холостом ходу;

где U_m – максимальное значение фазного напряжения.

- угловая частота вращения.

Трёхфазная мостовая схема выпрямления.

Работа трёхфазного выпрямительного блока:

в трёхфазной мостовой схеме выпрямления имеется шесть вентилей: в верхней группе вентилей положительной полярности (1, 3, 5) катоды соединены между собой, в нижней группе вентилей (2, 4, 6) соединены между собой аноды. В проводящем направлении работает из верхней группы вентиль, у которого анод имеет наиболее высокий потенциал, а в нижней группе – вентиль, у которого катод имеет наиболее низкий потенциал. Так как ток идёт по пути наименьшего сопротивления, то в любой момент времени работают два вентиля: один положительной полярности (верхний), другой отрицательной полярности (нижний). Каждый вентиль пропускает ток в течении одной трети периода (Т/3).

С выпрямительного блока потребителю поступает пульсирующее напряжение . Частота пульсаций: . определяется ординатами, заключёнными между верхней и нижней огибающих фазных напряжений, т.е.

Среднее значение для периода пульсаций определяется:

При подключении активной нагрузки R_H через вентиль протекает ток:

Среднее значение выпрямленного тока:

,

где - частота пульсаций выпрямленного тока.

С учётом сопротивления диода в прямом направлении (0,005…0,01 Ом) и реальной коммутации («переключение вентилей») значение фазного напряжения в общем случае определяется:

,

U_пр – прямое падение напряжения на диоде;

U₀ – пороговое напряжение диода (0,8…1 В);

R_Д – динамическое сопротивление диода;

, при m = 3, k_сх = 1;

, при m = 3, k_B = 1,35;

, где γ – угол коммутации, время нарастания и спада тока в фазе.

Сила фазного тока с учётом коммутации:

.

Идеальная работа генератора (отсутствуют пульсации тока) невозможна, т.к. фазы имеют индуктивный характер.

Отсюда ток индукции не может мгновенно нарастать от 0 до MAX и не может мгновенно спадать.

Угол коммутации – время нарастания и спада тока в фазе.