Генераторные установки переменного тока (стр. 3 из 5)

При вращении ротора под каждым зубцом статора проходят попеременно то северный, то южный полюс ротора. Величина магнитного потока, проходящего через зубцы статора при этом изменяется по величине и направлению, пересекая проводники трехфазной обмотки статора, заложенной в пазы между зубцами.

Действующее (эффективное) значение электродвижущей силы, наводимой в обмотке одной фазы генератора при данной величине рабочего магнитного потока Фя .определяется по формуле

, где f — частота индуктированной э. д. с.;

w — число последовательно соединенных витков в обмотке одной фазы статора;

Фd — значение рабочего магнитного потока в воздушном зазоре генератора, Вб; Kоб — коэффициент.

Рис. 11. Форма клювообразного полюса

Так как стороны одного витка катушки не всегда расположены точно на расстоянии полюсного деления (т. е. расстояния между осями смежных полюсов), то э.д.с., индуктированные в двух сторонах одного и того же витка, могут не совпадать по фазе и суммирование этих э.д.с, необходимо выполнять не арифметически, а геометрически. Это обстоятельство учитывается обмоточным коэффициентом Коб который является отношением геометрической суммы э. д.с., индуктированных в отдельных проводах обмотки, к их арифметической сумме.

Значение обмоточного коэффициента Коб зависит от числа q пазов статора генератора на полюс и фазу и равно: 0, 866 — для трехфазных генераторов при q=0,5 (18 пазов на статоре, 12 полюсов ротора); 1, 0 — для трехфазных генераторов при q=1 (36 пазов на статоре, 12 полюсов ротора); 0, 966 — для трехфазных генераторов при q =2, 0 (72 паза на статоре, 12 полюсов ротора).

Характер изменения э.д.с. в проводниках обмотки статора, т. е. форма э. д. с. определяется кривой распределения магнитной индукции в зазоре по окружности статора, которая, в свою очередь, зависит от формы полюса.

В автомобильных синхронных генераторах применяют клювообразный полюс (рис. 11), имеющий трапецеидальную форму поверхности, обращенную к расточке (т. е. внутренней поверхности) статора. Такой полюс обеспечивает форму кривой э.д.с., близкую к синусоидальной.

Переменное напряжение и ток, индуктированные в обмотке статора, выпрямляются при помощи кремниевых выпрямителей, собранных по трехфазной двухполупериодной схеме (схеме А. Н. Ларионова). В этой схеме (рис. 12, а) применены шесть вентилей: три для положительной полярности и три для отрицательной полярности.

Максимальные значения индуктированных в обмотках фаз генератора напряжений U_1фмах U2_фмах U_3фмах изображены на векторной диаграмме (рис. 12, б, слева) тремя векторами, сдвинутыми друг относительно друга на 120° (т.е. 1/3 периода индуктированного напряжения). Мгновенные значения индуктированного напряжения U1ф, U2ф U3ф изображены в правой части рис. 12, б. С течением времени все три вектора на векторной диаграмме, не

Рис. 12. Схема выпрямления переменного тока автомобильного генератора:

а — соединение трехфазной обмотки генератора с вентилями по трехфазной двухполупериодной схеме (схема А. Н. Ларионова); б — векторная диаграмма (слева) и кривые изменения мгновенных значений фазных напряжений по времени, а также кривая выпрямленного напряжения (справа); R - сопротивление нагрузки

изменяя взаимного расположения, вращаются против часовой стрелки, делая один оборот за один период Т переменного напряжения. Мгновенные значения напряжений U1ф, U2ф, U3ф равняются проекциям этих векторов на вертикальную ось и, следовательно, изменяются по синусоидам. Положительные направления индуктированных в обмотках фаз генератора напряжений U3ф, U2ф, U3ф (т. е. их направления во время положительной полуволны переменного напряжения) показаны на схеме обмоток генератора (см. рис. 12, а) сплошными стрелками.

Возьмем момент времени t1 (см. рис. 12, б, справа), соответствующий 1/6 периода Т, или 60° поворота векторов от начального положения. Мгновенные значения фазных напряжений в этот момент будут:

Поскольку напряжение Uф2 в данный момент t1 отрицательно, то его фактическое направление в обмотке генератора будет обратным; на рис. 12, а оно изображено пунктирной стрелкой.

Напряжение, приложенное к вентилям выпрямительного устройства, при соединении фаз статора в звезду будет равно разности напряжений двух фаз (в данном случае первой и второй), поскольку фазы соединены в нулевую точку концами. Это напряжение будет равно:

так как максимальные величины напряжений всех фаз равны

друг другу, т. е.

Это напряжение, равное 1, 73 Uфмах, создает ток, изображенный на рис. 12, а пунктирными стрелками и замыкающийся на внешнее сопротивление R через два вентиля: средний положительной и правый отрицательной полярности.

В следующие после t1 моменты времени напряжение U1ф будет увеличиваться, а напряжение U2ф быстро уменьшаться по абсолютной величине. В результате картина прохождения токов на рис. 12, а будет прежняя, но суммарное напряжение первой и второй фазы несколько уменьшится.

Рассмотрим момент времени t2, соответствующий 1/4 периода Т или повороту векторов на 90°. В этот момент напряжение первой фазы достигает максимума U1ф=U1фмах, а напряжение второй фазы уменьшится до половины максимального значения и равняется U2ф=U2фтах Sin 330°= -0, 5 U2фмах.

Поэтому разность напряжений первой и второй фазы будет:

В последующие моменты времени напряжение третьей фазы U3ф(по абсолютной величине) становится больше уменьшающегося фазного напряжения U2ф, и выпрямленный ток замыкается уже через обмотки и вентили первой и третьей фазы.

Таким образом, процесс повторяется и в любой момент времени в контур выпрямленного тока обязательно оказываются включенными по одному вентилю положительной и отрицательной полярности, причем в выпрямлении тока будет участвовать лишь та пара вентилей, которая находится под более высоким напряжением, чем другие. Выпрямленное напряжение Ud (см. рис. 12, 6) будет пульсировать, изменяясь по отрезкам синусоид с частотой, в 6 раз большей, чем частота переменного тока, индуктированного в обмотках генератора, и его величина в идеальном случае (пренебрегая падением напряжения в вентилях и соединительных проводах) будет изменяться от 1, 5 до 1, 73 Uфmах

Поскольку выпрямленное напряжение и ток используются на автомобиле для заряда аккумуляторной батареи, то нас интересует среднее значение выпрямленного (пульсирующего) напряжения, которое, как показывают расчеты, равно:

Ud = 1,65Uфмах.

Приборы измеряют не амплитудное, а действующее (эффективное) значение переменного тока, и все расчеты выполняются по действующим (эффективным) значениям переменного напряжения и тока, которые в

раза меньше амплитудных значений. Поэтому среднее значение выпрямленного напряжения

Ud = 1, 65 Uфmах = 1, 65*1, 41 Uф = 2, 34 Uф,

где Uф — действующее значение фазного напряжения генератора. Величина выпрямленного тока

, где Iф — действующее значение фазного тока генератора.

В реальных случаях вследствие падения напряжения в селеновых или кремниевых вентилях, соединительных проводах и т. п., соотношения между величинами выпрямленного и фазного напряжения и тока отличаются от приведенных выше теоретических значений и их величина обычно определяется экспериментально

3. Характеристики генераторов