Характеристики генераторов переменного тока

 

Основными характеристиками генераторов переменного тока яв­ляются: 1) внешняя; 2) скоростная регулировочная; 3) токоскоростная.

Внешняя характеристика - это зависимость напряжения гене­ратора от тока (U_r(I_r) при п = const. Она может определяться при самовозбуждении и при независимом возбуждении.

При увеличении нагрузки (а значит, и силы тока) происходит снижение выходного напряжения генератора (рис. 1.9). Причинами этого являются: 1) падение напряжения в активном и индуктивном сопротивлениях обмоток статора; 2) размагничивающее действие реакции якоря, уменьшающей магнитный поток в воздушном за­зоре, 3) падение напряжения к цепи выпрямителя; 4) в случае са­мовозбуждения — падение напряжения на обмотке возбуждения. Из семейства внешних характеристик определяется максимальный ток, который обеспечивается при заданном или регулируемом значении напряжения.

 

Рис. 1.9 Внешняя характеристика генератора переменного тока с независимым возбуждением.

Рис. 1.10. Характеристики генератора переменного тока при U_r=const;

а — скоростная регулировочная характеристика;

б - токоскоростная характеристика

Скоростная регулировочная характеристика I_в(n) (рис.1.10,а) обычно определяется при нескольких значениях тока нагрузки. Минимальное значение тока возбуждения определяется при токе на­грузки генератора, равном нулю, и максимальной частоте вращения. Скоростные регулировочные характеристики позволяют определить диапазон изменения тока возбуждения с изменением нагрузки при повышенном напряжении.

Токоскоростная характеристика I_г(n) (см. рис. 1.10,б) имеет важное значение при разработке и выборе генератора.

Все современные автомобильные генераторы обладают свойством самоограничения максимального тока. Это связано с тем, что с увели­чением частоты вращения ротора генератора, а следовательно, и час­тоты индуцированного в обмотке статора переменного тока увеличива­ется индуктивное сопротивление обмотки статора генератора. При большой частоте вращения генератора полное сопротивление цепи Z_ц, в которую включен генератор, становится практически равным индук­тивному сопротивлению X обмотки статора, так как в этом случае X >>R_H (R_H - сопротивление нагрузки). ЭДС генератора и индук­тивное сопротивление Х обмотки статора изменяются, как известно, пропорционально частоте вращения генератора п. Поэтому при изме­нении частоты вращения генератора в диапазоне больших частот сила тока генератора остается неизменной:

 

I (n) = = = = const

 

Регуляторы напряжения

 

Выходное напряжение генератора зависит от трех величин: 1) частоты вращения его ротора; 2) выходной силы тока генерато­ра; 3) силы тока в обмотке возбуждения генератора. Так как первые две величины в автомобильном генераторе постоянно изменяются, то для обеспечения стабильного напряжения необходимо соответст­вующим образом воздействовать на силу тока в обмотке возбужде­ния генератора. Для этого в генераторную установку вводится регу­лятор напряжения.

Любой регулятор напряжения (рис. 1.11) содержит измери­тельное устройство, устройство сравнения, задающее устройство и устройство воздействия. Измерительное устройство преобразует выходное напряжение генератора в величину, пропорциональную этому напряжению. Устройство сравнения, сравнивает величину на выходе измерительного устройства с эталонной величиной.

 

 

Рис. 1.11. Структурная схема регулятора напряжения

Эта­лонной величиной может быть, как напряжение, так и любая другая достаточно стабильная физическая величина, например, сила натяжения пружины в вибрационных и контактно-транзисторных ре­гуляторах. Значение эталонной величины устанавливается с по­мощью задающего устройства. В зависимости от результатов срав­нения устройство сравнения формирует соответствующий сигнал и подает pro на устройство воздействия. Устройство воздействия не­посредственно влияет на силу тока, протекающего, через обмотку возбуждения генератора.

По своей конструкции регуляторы делятся на вибрационные (реле регуляторы), контактно-транзисторные и бесконтактные (.транзисторные) регуляторы.

В вибрационных регуляторах устройством сравнения является электромагнитное реле. При повышенном напряжении на выходе ге­нератора это реле своими контактами включает в цепь питания об­мотки возбуждения добавочный резистор. При пониженном напря­жении добавочный резистор отключается (шунтируется). Основным недостатком вибрационных регуляторов является искрение контак­тов, вызывающее их ускоренный износ.

Контактно-транзисторный регулятор работает аналогично вибрационному. Отличие заключается в том, что контакты электромагнитного реле, входящего в состав контактно-транзисторного ре­гулятора, служат для управления транзистором. Транзистор рабо­тает в ключевом режиме и выполняет ту роль, которую в вибра­ционном регуляторе выполняют контакты электромагнитного реле. Так как управление транзистором осуществляется малыми токами, то износ контактов в контактно-транзисторном регуляторе сущест­венно ниже, чем в вибрационном.

Общим недостатком вибрационных и контактно-транзисторных регуляторов является нестабильность регулируемого напряжения, вызываемая старением возвратной пружины электромагнитного ре­ле. Этот недостаток полностью исключается в бесконтактных ре­гуляторах напряжения (рис. 1.12).

Рис. 1.12. Принципиальная схема бесконтактного регулятора напряжения

 

Функции задающего устройства и устройства сравнения в бесконтактном регуляторе напряжения выполняют стабилитрон VD и транзистор VT2, функцию измерительного устройства - делитель напряжения на R2 и R3, функцию устройства воздействия - ре­зистор R_д, транзистор VT1 и резистор R1. При снижении напря­жения генератора ниже регулируемого значения стабилитрон VD закрывается, вследствие чего закрывается транзистор VT2, обеспе­чивая открытие транзистора VTI. Открытый транзистор VT1 шун­тирует добавочный резистор R_a, что приводит к возрастанию тока, питающего обмотку возбуждения генератора. Повышение напря­жения на выходе генератора вызовет пробой стабилитрона VD (сни­жение его сопротивления). Поэтому транзистор VT2 перейдет в от­крытое состояние, а транзистор VT1 - в закрытое. Ток, питающий обмотку возбуждения генератора, снизится, так как в этом случае он будет протекать не через открытый транзистор VT2, а через до­бавочный резистор R_д.

Разновидностью бесконтактных регуляторов являются интег­ральные регуляторы, представляющие собой микросхему, имеющую небольшие размеры и способную работать при высоких тем­пературах Поэтому интегральные регуляторы легко встраиваются в генератор, что положительно сказывается на надежности генера­торной установки в целом.