Лабораторная работа №2 «Конструкция автомобильных генераторов» (1 час)

Цель работы:

изучение конструкции, принципа действия, технологии разборки и сборки, оценка технического состояния генератора Г–221.

Основные этапы работы:

1. Внеаудиторная подготовка к работе в лаборатории.

2. Работа в лаборатории, связанная с разборкой генератора Г–221, оценкой технического состояния его узлов и элементов и сборкой генератора.

3. Обработка и анализ полученной в лаборатории информации, оформле-ние отчета по проделанной работе.

4. Защита лабораторной работы.

Типичным генератором переменного тока с контактными коль­цами является генератор 37.3701 (рис. 2.1), 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 напряжение 14 В и номинальный ток 55 А. Ресурс не менее 125 ООО км пробега автомобиля, масса без шкива 4,4 кг. Генератор состоит из статора 11 (рис. 2.1), 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.

Рис. 2.1. Генератор 37.3701:

1-втулка; 2-выпрямительный блок; 3-конденсатор; 4,14-крышки генератора; 5,16-шарикрподшипник; 6-корпус подшипника; 7-шеткодержатель; 8-кольцо; 9-вал; 10-ротор; 11-статор; 12-обмотка возбуждения; 13-болт; 15-сегментная шпонка; 17-шеткодержатель; 18-обмотка

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. 2.2.

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)

К_мах = Р_{r мах} I G_г

где Р_{r мах} - максимальная мощность генератора, Вт; G_г - масса генератора (без шкива), кг.

Рис..2 .2 Электрическая схема генератора 37.3701

Максимальная мощность генератора переменного тока

Р = U_н l_{r мах}

где U_н - номинальное выпрямленное напряжение (14 или 28 В); l_{r мах} - максимальный ток нагрузки генератора.

Учитывая, что масса электрических машин зависит не от их мощности, а от момента (т.е. мощности, деленной на частоту вращения), необходимо использовать коэффициент К_мах 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_H I_рас /(Gr nрас),

где I_р - расчетный ток, соответствующий 70... 75 % I_р.мах; n_рас - частота вращения, соответствующая I_рас.

Сравнительная оценка генераторов Г221, Г222 и 37.3701 по этим показателям приведена в табл. 2.1.

Генератор 2102.3701 (рис. 2.1) относится к семейству индукторных генераторов и предназначен для установки на автомобилях КамАЗ и «Урал». Генератор представляет собой одноименно полюсную семифазную индукторную машину с односторонним электромагнитным возбуждением и встроенным кремниевым выпрямителем.

Таблица 2.1

Тип генератора	Кмах, Вт/кг	Куд, Вт-мин/кг-10 3	Кх, Вт-мин/кг-10 3
Г221	140	37,0	121,7
Г222	179	51,9	153,0
37.3701	189	58,0	189,0
19.3771	182	57,4	182,0
94.3701	233	66,4	212,1

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. 2.4). Ротор 7 (см. рис. 2.3) представляет собой цилиндрический пакет с зубцами снаружи (10 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.

Рис. 2.3. Генератор 2102.3701

1-неподвижная ось; 2-ценральная втулка; 3-болт; 4-магнитный поток; 5-обмотка возбуждения; 6-центральная втулка; 7-ротор; 8-вспомагательный воздушный зазор; 9- воздушный зазор;10-зубцы статора; 11-обмотка статора; 12- фланец; 13-переходная втулка; 14- шкив; 15-втулка; 16-наружная обойма подшипников; 17-цетробежный вентилятор; 18-передняя крышка

Рис.2.4 Электрическая схема генератора 2102.370

Созданный обмоткой возбуждения магнитный поток 4 циркулирует по пути: пакет статора 10- наружная часть стальной крышки 6- фланец стальной крышки 6 - центральная втулка 2 - переходная втулка 13- вспомогательный воздушный зазор 8- пакет ротора 7- основной 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. Максимальная мощность генератора 1680 Вт, ресурс 400 ООО км пробега для автомобиля и 16 тыс. моточасов для гусеничного тягача, масса 14,3 кг.

Представителем семейства бесконтактных генераторов с укороченными полюсами является генератор 49.3701 (рис. 2.5). 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.

Рис. 2.5. Генератор 49.3701

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. 2.6) имеет отрицательную сборную шину 1, в которую запрессованы три диода 2 типа ВА-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. 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.2.7 а) 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. 2.6. Выпрямительный блок БПВ 4-60-02:

1-отрицательная шина;2-диод ВА-20 обратной полярности;3-диод прямой полярности; 4 –положительная шина

Генератор компактной конструкции (рис. 2.7. 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.

Рис. 2.7. Направление потока охлаждающего воздуха в генераторах обычной (а) и компактной (б) конструкций:

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

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.

Контрольные вопросы

1. Каково назначение генератора?

2. Как устроен генератор?

3. По каким конструктивным характеристикам различают генераторы?

4. Каково назначение … (например, полюсов статора, якоря), и какую функцию этот узел (элемент) генератора выполняет?

5. Каков принцип действия генератора?

6. Каковы основные параметры генератора?

7. Каковы основные характеристики генератора?

8. Какие факторы обуславливают выбор генератора для конкретного автомобиля?

9. Как работает генераторная установка?

10.В чем преимущество генератора переменного тока с выпрямителем по сравнению с генератором постоянного тока?

11.Какие основные неисправности могут быть у генератора?

12.Как проводится техническое обслуживание генератора?

Ллитература:

1. Ютт В.Е. Электрооборудование автомобилей. – М.: Транспорт, 2000, 320 с.

2. Чижков Ю.П., Акимов А.В. Электрооборудование автомобилей.- М.: За рулем, 1999, 384 с.

3. Акимов С.В., Акимов А.В. Автомобильные генераторные установки.- М.: Транспорт, 1995, 118 с.