1. Современное состояние систем и устройств классического электрооборудования автомобилей

0. 1.1. Генераторные установки современных автомобилей

Современная генераторная установка состоит из генератора переменного тока, выпрямительного блока и регулятора напряжения. В мировой практике генераторные установки современных автомобилей на холостом ходу развивают до 40…50% от номинальной мощности. Генераторная установка питает бортовую электрическую сеть автомобиля постоянным током. Известно, что механическая энергию можно преобразовывать в электрическую только посредством переменного тока. Поэтому ранее в автомобилях применялись генераторы постоянного тока с механическим выпрямителем – коллектором со щетками, теперь генераторы переменного тока с полупроводниковым выпрямительным блоком.

Преобразование механической энергии, которую автомобильный генератор получает от двигателя внутреннего сгорания через ременную передачу, в электрическую происходит, как и в любом генераторе, в соответствии с яв­лением электромагнитной индукции. Т.е., если изменять магнитный поток, пронизывающий катушку, витки которой выпол­нены из проводящего материала, (например, медного провода), то на выводах катушки появляется электрическое напряжение, равное произведению чис­ла ее витков на скорость изменения магнитного потока. Совокупность таких катушек образует в генераторе обмотку статора. Возможны два варианта изменения магнитного потока: по величине и направлению, что обеспечива­ется в щеточной конструкции вентильного генератора, или только по вели­чине, что характерно для индукторного бесщеточного генератора.

Питание обмотки возбуждения осуществляется от аккумуляторной батареи или от самого генератора. В последнем случае генератор работает на самовозбуждении, т.е. его первоначальное напряже­ние образуется за счет остаточного магнитного потока в стальных частях ротора. Это напряжение вызывает появление электрического тока в обмотке возбужде­ния, в результате чего магнитный поток усиливается и вызывает лавинный про­цесс возбуждения генератора. Однако самовозбуждение генератора происходит на слишком высоких частотах вращения ротора. Поэтому в схему генераторной установки, если обмотка возбуждения не соединена с аккумуляторной батареей, вводят такое соединение через контрольную лампу мощностью 2-3 Вт. Небольшой ток, поступающий через эту лампу в обмотку возбуждения, обеспечивает возбуждение генератора при низких частотах вращения ротора.

Обмотки статора генераторов, как стран СНГ, так и зарубежных генераторов - трех­фазная. (но в индукторных генераторах возможно 5-ти или 7 фазные соединения). Фазы могут соединяться в «звезду» или «треугольник». При этом различают фазные и линейные напряжения и токи. Фазные напряжения действуют между выводами обмоток фаз и токи протекающие в них называются фазными. Линейные напряже­ния действуют между проводами, соединяющими обмотку статора с выпрямите­лем. В этих проводах протекают линейные токи. Следовательно, выпрямитель вы­прямляет линейные токи.

При соединении в «треугольник» фазные токи в раза меньше линейных, а при соединении в «звезду» линейные и фазные токи равны. Это значит, что при том же отдаваемом генератором токе, ток в обмотках фаз при соединении в «треугольник» значительно меньше, чем у «звезды». Поэтому в генераторах большой мощности довольно часто применяют соеди­нение в «треугольник», т.к. при меньших токах обмотки можно наматывать более тонким проводом, что технологичнее. Однако линейное напряжение у «звезды» в раз больше фазного, в то время как у «треугольника» они равны, и для получения такого же выходного напряжения при тех же частотах враще­ния ротора «треугольник» требует соответствующего увеличения числа витков его фаз по сравнению со «звездой». Более тонкий провод можно применять и при соединении в «звезду». В этом случае обмотку выполняют из двух параллельно соединенных обмоток, каждая из которых соединена в «звезду», т.е. соединением «двойная звезда».

В ыпрямительный блок содержит для трехфазной системы шесть силовых полупровод­никовых диодов (для 5 фазной – 10, для 7 фазной 14 диодов). Три диода выпрямительного блока VD1, VD3, VD5 соединены с выводом «+» гене­ратора, а три - VD2, VD4, VD6 - с выводом «-» («массой»). Однако стремление повысить мощность генератора привело к увеличению числа диодов выпрями­теля до восьми и применению дополнительного плеча выпрямителя на диодах VD7, VD8 (Рис. 1.1.) Такая схема выпрямителя может иметь место только при соединении обмоток статора в «звезду», так как дополни­тельное плечо запитывается от «нуле­вой» точки «звезды».

Подключение обмотки возбуждения к собственному выпрямителю на дио­дах VD9 - VD11 препятствует протека­нию через нее тока разряда аккумуля­торной батареи при неработающем двигателе автомобиля. В выпрямитель обмотки возбуждения входят также 6 диодов, но три из них - VD2, VD4, VD6 - общие с силовым вы­прямителем. Ток в обмотке возбуждения значительно меньше, чем ток, отдава­емый генератором в нагрузку. Поэтому в качестве диодов VD9 - VD11 применя­ются малогабаритные слаботочные диоды, рассчитанные на ток не более 2 А.

Плечо выпрямителя из дополнительных диодов VD7, VD8, вступает в работу только в том случае, если фазные напряжения генератора отличаются от синусоиды, что и имеет место в реальных генераторах. Напряжение генератора можно представить в виде суммы синусоид, которые называются гармоническими со­ставляющими или гармониками - первой, частота которой совпадает с частотой фазного напряжения, и высших, главным образом третьей, частота которой в три раза выше, чем первой (рис.1.2).

Из электротехники известно, что в линейном напряжении, т.е. в том напряже­нии, которое подводится к выпрямителю, третья гармоника отсутствует. Это объясняется тем, что третьи гармоники всех фазных напряжений совпадают по фазе, т.е. одновременно достигают одинаковых зна­чений и при этом взаимно уравновешивают и взаимно уничтожают друг друга в линейном напряжении. Таким образом, третья гармоника напряжения в фазном напряжении при­сутствует, а в линейном - нет. Следовательно, мощность, развиваемая треть­ей гармоникой фазного напряжения, не может быть использована потре­бителем. Чтобы потребители могли использовать эту мощность, добавле­ны диоды VD7 и VD8, подсоединенные к нулевой точке обмоток фаз, т.е. к точке, где сказывается действие фазного напряжения. Применение этих диодов увеличивает номинальную мощность генератора на ~ 12…15%