ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5. Исследование характеристик автомобильного вентильного генератора с клювообразным ротором.. Цель работы. Задание. Пояснения к работе

Стр 1 из 2Следующая ⇒

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

Исследование характеристик автомобильного вентильного генератора с клювообразным ротором.

Цель работы

1. Изучение основ теории и характеристик вентильных генераторов.

2. Освоение методов испытаний вентильных генераторов.

Задание

1. Изучить основы теории автомобильных вентильных генераторов с клювообразным ротором.

2. Определить тип, назначение и основные технические данные вентильного генератора, предназначенного для исследования.

3. Снять характеристики холостого хода, короткого замыкания, внешнюю и токоскоростную характеристики генератора.

Пояснения к работе

Генератор является основным источником электрической энергии на автомобиле, обеспечивающим питание всех потребителей и заряд аккумуляторной батареи при работе двигателя.

Автомобильный вентильный генератор представляет собой синхронный генератор переменного тока с электромагнитным возбуждением со встроенными полупроводниковыми выпрямителями.

Принципиальная схема вентильного трехфазного генератора о выпрямителем, собранным по схеме трехфазного двухполупериодного выпрямителя приведена на рис. 5.1.

Генератор работает параллельно с аккумуляторной батареей. Когда напряжение генератора меньше напряжения аккумуляторной батареи генератор работает в режиме независимого возбуждения, так как его обмотка возбуждения получает питание от батареи. Если напряжение генератора превышает напряжение батареи, он работает в режиме самовозбуждения.

При вращении клинообразного ротора генератора под каждым зубцом сердечника статора проходит то северный, то южный полюс, в результате чего магнитный поток, проходящий через зубцы статора, изменяет свое направление и величину. В катушках обмотки статора индуктируется переменная ЭДС. Индуктируемая ЭДС создает трехфазный переменный ток, который с помощью кремниевых диодов выпрямляется в постоянный ток.

В режиме холостого хода в фазах обмотки статора, синхронного генератора индуктируется ЭДС

где Кф - коэффициент , зависящий от формы кривой поля;

Kо - обмоточный коэффициент;

W - число последовательного соединенных витков фазы;

Фg - амплитудное (максимальное) значение потока в воздушном зазоре;

f=P*n/60 - частота переменной ЭДС;

P - число пар полюсов;

n - частота вращения ротора, мин-1 ,

Так как произведение - величина постоянная для данной машины, фазная ЭДС

напряжение вентильного генератора

где Ксх*КвUф - постоянная составляющая выпрямленного напряжения в режиме холостого хода;

Ксх=Udмакс/Uфмакс - коэффициент схемы выпрямления;

Kв - коэффициент выпрямления;

2DUпр - падение напряжения в выпрямителе а проводящим направлении.

Udмакс - максимальное значение выпрямленного напряжения;

Uфмакс - максимальное значение фазного напряжения.

Коэффициент схемы Ксх определяется схемой соединения (многолучевая звезда или многоугольник) и числом фаз m .

При соединение обмоток в звезду

Для трехлучевой звезды Ксх=1,73 , для пятилучевой

При соединении обмоток статора в треугольник Ксх=1,0.

Коэффициент выпрямления определяется числом фаз и показывает во сколько раз постоянная составляющая выпрямленного напряжения в режиме холостого хода Udо больше эффективного напряжения Kсx Uфо , подводимого к выпрямителю

Для трехфазного генератора (m=3) Kв=1,85 для пятифазного (m=5) Кв=1,38.

Фазное напряжение

В режиме холостого хода среднее значение выпрямленного тока Id=0 и dUnp=0. Тогда

Аналогично синхронному генератору для вентильного генератора можно написать

Выпрямленный и переменный токи в мостовой трехфазной схеме выпрямления связаны соотношением (при соединении в звезду)

Свойства вентильных генераторов оценивают по характеристикам, представляющим собой зависимости между двумя какими-либо параметрами при неизменных остальных.

Характеристика холостого хода вентильного генератора представляет собой зависимость выпрямленного напряжения от тока возбуждения Ed=f(Iв) при n=const и Id=0. Обычно характеристики холостого хода снимаются при независимом возбуждении.

Семейство характеристик холостого хода вентильного генератора приведено на рис. 5.2.

Напряжение генератора возрастает с увеличением тока возбуждения и тем интенсивнее, чем выше частота вращения ротора. ЭДС Ео при Iв=О определяется величиной остаточного магнетизма.

По характеристикам вентильного генератора можно построить аналогичные характеристики холостого хода синхронного генератора Еф=f(Iв) при n=const и Iф=0

Характеристика короткого замыкания синхронного генератора в режиме независимого возбуждения показывает зависимость тока фазы от тока возбуждения Iф=f (Iф) при n=const и сопротивлении нагрузки Rн=O (рис.5.З).

Внешняя характеристика вентильного генератора представляет собой зависимость выпрямленного напряжения от выпрямленного тока нагрузки Ud=f(Id) при постоянстве частоты вращения n=const и сопротивления обмотки возбуждения Rо=const в случае самовозбуждения или при постоянстве тока возбуждения Iв=const при независимом возбуждении.

Семейство внешних характеристик вентильного генератора при самовозбуждении для различных значений ft- приведено на рис. 5.4. При увеличении нагрузки Id выпрямленное напряжение Ud падает в связи с воздействием реакции якоря, падения напряжения в цепи якоря и выпрямителя и уменьшения тока возбуждения.

Падение напряжения в обмотке якоря зависит от частоты вращения ротора, так как полное сопротивление фаза якоря

где Rф - активное сопротивление фазы;

Хф - синхронное индуктивное сопротивление фазы;

L - индуктивность фазы.

С увеличением частоты вращения крутизна спада выпрямленного напряжения увеличивается. Верхняя часть внешней характеристики (до критического значения тока) соответствует устойчивой работе генератора, нижняя ветвь - неустойчивой. Ток короткого замыкания у вентильных генераторов значительно меньше, чем у генераторов постоянного тока.

Токоскоростная характеристика вентильного генератора представляет собой зависимость силы тока нагрузки от частоты вращения Id=f(n) при постоянстве выпрямленного напряжения Ud=Udном =const (рис. 5.5). Токоскоростную характеристику можно снимать при независимом возбуждении и самовозбуждении при Iв = Udном/Rв = const

Конструкция генератора переменного тока позволяет повысить передаточное число от двигателя внутреннего сгорания к генератору, Число витков обмотки якоря и обмотки возбуждения вентильного генератора подбирается таким образом, чтобы начальная частота вращения n_начхх в режиме холостого хода, при которой выпрямленное напряжение достигает номинального значения Udном , была возможно меньшей.

Генератор обладает свойством самоограничения тока, т.е. ого ток не может быть больше определенной максимальной величины. Токоскоростная характеристика генератора имеет следующие характерные точки:

Частота вращения n_начхх при которой в режиме холостого хода напряжение генератора достигает номинальной величины. Частоту вращения n_начхх желательно выбирать меньшей частоты вращения ротора генератора, соответствующей минимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя в режиме холостого хода. В атом случае в режиме холостого хода двигателя генератор будет отдавать ток, что улучшает условия подзаряда аккумуляторной батареи и повышает срок ее службы.

Расчетные значения мощности Рd ; тока Idрасч и частоты вращения n_расч , определяемые в режиме, соответствующем максимальному значению отношения выпрямленной мощности к частоте Ммакс=Pdрасч/nрасч когда имеет место наибольший перегрев якоря и выпрямителя генератора.

Полагая, что токоскоростная характеристика с достаточной точностью апроксимируется уравнением (при n > n_начхх)

расчетные значения Idрасч и nрасч можно определить, если из начала координат провести касательную к токоскоростной характеристике (рис. 5.5),

Максимальные значения тока Idмакс и мощности Pdмакс при n = 5000 мин"1.

С увеличением силы тока нагрузки возрастает сила тока в катушках обмотки статора. Следовательно, возрастает и магнитный поток статора, а так как он противодействует магнитному потоку ротора, то результирующий магнитный поток, который замыкается через сердечник статора, уменьшается. В результате снижается величина магнитного потока, пересекающего катушки обмотки статора, и в них индуктируется меньшая ЭДС. Кроме того, увеличение частоты вращения ротора сопровождается повышением частоты тока в катушках обмотки статора., что увеличивает индуктивное сопротивление Xф=2п*Pn2/50. Вследствие снижения Индуктируемой ЭДС в катушках обмотки статора при увеличении нагрузки генератора и возрастания индуктивного сопротивления обмотки статора с повышением частоты вращения ротора ограничивается максимальная сила тока генератора. Самоограничение максимальной силы тока нагрузки предотвращает перегрев обмотки статора и диодов выпрямителя, поэтому исключается необходимость установки ограничителя тока.

Регулировочно-скоростные характеристики вентильного генератора Iв=f(n) при Ud=Udном и Id=const приведены на рис. 5.6. Кратность регулирования Тока возбуждения K=Iвмакс/Iвмин при Id=0 у вентильного генератора больше, чем у генератора постоянного тока вследствие более глубокого насыщения магнитной цепи, обеспечивающего необходимую токоскоростную характеристику. Заштрихованная зона на графике рис. 5.6 представляет собой поле регулирования.

I_в , А	4.2	2.5	1.8	1.5	0.7	0.5
E_л , В
E_d , В							0.5

12 Следующая ⇒