Генераторные установки. Система электроснабжения
Генераторная установка – важнейший элемент системы электроснабжения автомобиля, обеспечивающий преобразование механической энергии, получаемой от двигателя внутреннего сгорания в энергию постоянного тока, используемого для заряда АКБ и питания всех приборов электрооборудования (кроме стартера). Сигнал отказа ГУ ГЕНЕРАТОР Генераторная установка ВЫПРЯМИТЕЛЬ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ Сигнал малой токоотдачи ДАТЧИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ В бортовую сеть АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ
Генераторы С середины 60 -х годов и по настоящее время на автомобилях всех типов, а также тракторах и мотоциклах применяются только трехфазные генераторы переменного тока, работающие в паре с выпрямительным блоком. Трехфазный генератор по сравнению с однофазным при одинаковых габаритах и массе имеет в 1, 5 раза большую мощность, кроме того, уровень пульсаций выходного напряжения при выпрямлении трехфазного тока существенно меньше чем для однофазного выпрямления. Однофазные генераторы применяются лишь на легких мотоциклах и мотороллерах. В корпусе современных автомобильных генераторов размещается также выпрямитель и регулятор напряжения. Генераторы переменного тока, объединенные с выпрямителями, часто называют вентильными генераторами. Наиболее часто автомобильные генераторы имеют пар 12 полюсов ротора и 6 пар полюсов статора (по 2 пары на одну фазу). Встречаются генераторы с 9 парами полюсов статоры. 1. 2. Обмотка возбуждения 3. Полюсовые наконечники 4. Магнитопровод статора 5. Схема магнитной системы автомобильного генератора Магнитопроводящая втулка Обмотка статора 6. Щетки 7. Контактные кольца
Выпрямители Выпрямитель – электрическое устройство, преобразующее переменный ток в пульсирующий, но не меняющий направления. Выпрямитель в сочетании с фильтром (сглаживающим пульсации) обеспечивает преобразование переменного тока в постоянный. В настоящее время выпрямители строят с использованием полупроводниковых диодов. Обозначение диода на схеме Схема простейшего выпрямителя на одном диоде
Однофазные и трехфазные выпрямители
Конструкции выпрямителей автомобильной генераторной установки Поскольку от выпрямительных диодов нужно отводить тепло, диоды устанавливают на металлический радиатор, одновременно служащий держателем диодов. Для упрощения конструкции выпрямительного узла выпускают диоды двух типов: с общим катодом (прямой полярности) и с общим анодом (обратной полярности). Диоды с общим анодом (выпрямляющие отрицательную полуволну) часто закрепляют непосредственно в крышке генератора. Иногда диоды прямой полярности называют «положительными» , а обратной полярности – «отрицательными» . Диоды прямой и обратной полярности невзаимозаменяемые.
Схемы генераторных установок Схемы, применявшиеся ранее Современные схемы
Регулирование напряжения В виду того, что напряжение в бортовой сети автомобиля должно поддерживаться в диапазоне 13, 8 – 14, 2 В (27, 4 – 28, 4 В для 24 вольтового электрооборудования), а напряжение развиваемое генератором существенным образом зависит от частоты вращения его вала, температуры и нагрузки, в системе энергоснабжения в обязательном порядке применяется регулятор напряжения. Регулятор напряжения реализует автоматическое поддержание выходного напряжения генератора на заданном уровне при за счет изменения тока в обмотке возбуждения генератора. Управление током возбуждения, а не выходным током позволяет снизить мощность, развиваемую регулятором напряжения, так как в этом случае роль усилителя мощности играет сам генератор.
Принцип автоматического регулирования Любой процесс автоматического регулирования построен на принципе отрицательной обратной связи: при отклонении выходного параметра системы на ее вход подается воздействие, вызывающее отклонение выходного параметра в противоположное направление. u x y Система + z’ Усилитель обратной связи z t - Образцовая величина
Схема работы регулятора напряжения ГЕНЕРАТОР УСИЛИТЕЛЬ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ КОМПАРАТОР ОБРАЗЦОВОЕ НАПРЯЖЕНИЕ
Дискретное (релейное) регулирование При дискретном регулировании компаратор имеет только два устойчивых состояния: выходное напряжение больше образцового или меньше образцового и не показывает величину отклонения. Для обеспечения устойчивости работы регулятора в его характеристику вводят гистерезис. То есть переход из выключенного состояния во включенное происходит при меньшем значении выходного параметра, чем переход из включенного состояния в выключенное. Таким образом в процессе регулирования выходная величина непрерывно колеблется около среднего значения в пределах гистерезиса. Ток возбуждения растет U Контакты разомкнулись Порог выключения ГЕНЕРАТОР Среднее значение Порог включения Контакты замкнулись Ток возбуждения растет Статическая ошибка t Статическая характеристика
Переходная (динамическая) характеристика регулятора Динамическая характеристика показывает реакцию регулятора на изменение входных параметров системы Частота растет Iв Частота падает Ток возбуждения U Динамическая ошибка Частота вращения Изменение тока возбуждения при изменении частоты вращения t t Реакция выходного напряжения на изменение частоты
Непрерывное регулирование При линейном регулировании выходной сигнал компаратора изменяется в соответствии с изменение разности выходного и образцового напряжения без дискретных состояний. Разновидностью непрерывного регулировнания является пропорционально-интегрально-дифференциальное регулирование (ПИД-регулирование). ГЕНЕРАТОР ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩАЯ ЦЕПЬ УСИЛИТЕЛЬ + ИНТЕГРИРУЮЩАЯ ЦЕПЬ ПРОПОРЦИОНАЛЬНАЯ ЦЕПЬ - ОПОРНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ
Математическое описание ПИДрегулятора 1. Пропорциональная составляющая обеспечивает реакцию регулятора на текущее значение выходной величины. Одна только пропорциональная составляющая не позволяет получить устойчивой характеристики, поскольку при равенстве регулируемого и опорного значения управляющее воздействие пропадает. 2. Интегральная составляющая обеспечивает реакцию на предыдущие (прошлые) значения выходной величины. Является разновидностью самообучения. Регулятор «учится» на прошлом опыте. Увеличение доли интегральной составляющей улучшает устойчивость регулятора (снижает статическую ошибку), но снижает быстродействие (увеличивает динамическую ошибку). При достижении регулируемой величиной образцового значения ее величина стабилизируется, поскольку пропорциональная составляющая обнуляется, а управляющее воздействие будет определяться интегралом. В отсутствии пропорциональной составляющей регулируемая величина никогда не достигнет образцового значения а будет асимптотически стремится к нему. 3. Дифференциальная составляющая обеспечивает реакцию на скорость изменения выходной величины и позволяет спрогнозировать ее изменения в будущем. Увеличение доли дифференциальной составляющей позволяет увеличить быстродействие регулятора (уменьшает динамическую ошибку), но ухудшает устойчивость (увеличивает статическую ошибку). В отсутствии интегральной составляющей вызывает самовозбуждение, поэтому не применяется.
Реакция управляющего воздействия ПИДрегулятора на изменение входного воздействия I Оптимальный ПИДрегулятор Пропорционально-интегральное регулирование ПИД-регулирование с преобладанием дифференциальной составляющей Только пропорциональное регулирование Только интегральное регулирование t
Статическая и динамическая характеристика генераторной установки с ПИД-регулятором Выходное напряжение Частота вращения t
Принципиальные схемы регуляторов напряжения Контактный вибрационный РР-380 релейного типа (устаревшие модели ВАЗ). Регуляторы вибрационного типа в настоящее время не выпускаются и заменяются на устаревших автомобилях транзисторными аналогами Транзисторный релейный типа Я-112 (автомобили ГАЗ, УАЗ). Транзисторные релейные регуляторы выпускаются только в качестве запчастей и в новых автомобилях не применяются Транзисторный ПИД типа 17. 3702 (новые модели автомобилей ВАЗ). Подобного типа регуляторы применяются на всех современных автомобилях Регуляторы напряжения современных типов выполняются только в виде интегральных микросхем, малые размеры которых позволяют встроить регулятор в щеточный узел или ротор генератора.
Генераторные установки с ременным приводом 1 — крышка генератора со стороны контактных колец; 2 — болт крепления выпрямительного блока; 3 — контактные кольца; 4 – шариковый подшипник вала ротора со стороны контактных колец; 5 — конденсатор 2, 2 мк. Ф ± 20% для подавления радиопомех; 6 — вал ротора; 7 — провод общего вывода дополнительных диодов; 8 — зажим "30" генератора для подключения потребителей; 9 — штекер "61" генератора (общий вывод дополнительных диодов); 10 — провод вывода "Б" регулятора напряжения; 11 — щетка, соединенная с выводом "В" регулятора напряжения; 12 — регулятор напряжения; 13 — щетка, соединенная с выводом "Ш" регулятора напряжения; 14 — шпилька для крепления генератора к натяжному устройству; 15 — крышка генератора со стороны контактных колец; 16 — крыльчатка вентилятора со шкивом привода генератора; 17 — полюсный наконечник ротора; 18 — шайбы крепления подшипника; 19 — дистанционное кольцо; 20 — шариковый подшипник вала ротора со стороны привода; 21 — стальная втулка; 22 — обмотка ротора (обмотка возбуждения); 23 — сердечник статора; 24 — обмотка статора; 25 — выпрямительный блок; 26 — стяжной болт генератора; 27 — буферная втулка; 28 — втулка; 29 — поджимная втулка; 30 — вывод "В" регулятора напряжения; 31 — щеткодержатель Генераторная установка 37. 3701
Индивидуальный ременный привод генераторной установки клиновым ремнем С регулированием натяжения перемещение генератора: 1. Шпилька фиксации генератора, 2 – кронштейн с пазом, 3 – генератор, 4 – приводной ремень С натяжным роликом: 2 – эксцентрик, 3 – шкив генератора, 4 – приводной ремень, 5 – ведущий шкив
Групповой привод генераторной установки поликлиновым ремнем 2 – Ведущий шкив 3 – Болт крепления генератора 4 – Генератор 5 – Натяжной ролик с эксцентриком 6 – Двигатель 7 – Болт крепления натяжного ролика 12 – Насос ГУР 14 – Поликлиновой ремень
Особенности ременного привода Достоинства: • Возможность увеличения частоты вращения вала генератора по сравнению с частотой вращения коленчатого вала, что улучшает токоотдачу при малой частоте вращения • Хорошее демпфирование колебаний самим ремнем, нет необходимости применять упругие муфты • Возможность размещения вала генератора на большом удалении от коленчатого вала, что упрощает компоновку двигателя • Легкосъемная конструкция генератора Недостатки: • Ограниченная передаваемая мощность • Необходимость периодического регулирования натяжения ремня и его замены • Ухудшение работы привода при попадании на ремень воды или масла • Отказ генераторной установки при обрыве ремня Однако эти недостатки не существенны для легковых автомобилей и небольших грузовиков. Поэтому ременный привод получил преимущественное распространение
Генераторные установки с зубчатым приводом Генератор 63. 3701 для большегрузных автомобилей
Зубчатый привод генераторной установки
Особенности зубчатого привода Достоинства: • Большая передаваемая мощность • Отсутствие обслуживаемых элементов, высокая надежность и долговечность Недостатки: • Небольшое удаление вала генератора от коленчатого вала, что накладывает ограничения на компоновку. • «Жесткость» зубчатого привода. Требуется введение в муфт и демпферов колебаний • Сложность и высокая стоимость Зубчатый привод применяется только для мощных генераторов грузовых автомобилей, тягачей и междугородних автобусов, а также на бронетехнике, где доступ в моторный отсек затруднен
Генераторная установка с прямым приводом Маховик-генератор современного автомобиля Генератор для мотоцикла ИЖ Генератор для мотоцикла Suzuki
Особенности прямого привода При прямом приводе генератор не имеет собственного подшипникового узла – ротор сидит на хвостовике коленчатого или распределительного вала. Достоинства: • Компактность и малая масса • Практически неограниченная мощность. • Исключительно высокая надежность и долговечность • Возможность использования генератора в качестве маховика и стартера, что позволяет еще сильнее снизить массу всей машины Недостатки: • Ротор всегда вращается с частотой вращения коленчатого вала, что требует применения мощной магнитной системы для обеспечения приемлемой ТСХ на малой частоте вращения двигателя • На автомобилях, где маховик размещается в закрытом картере силового агрегата – сложность доступа к генератору для обслуживания. Поэтому генератор должен быть бесщеточным. На мотоциклах указанный недостаток не актуален, так как хвостовик коленчатого вала, где установлен генератор легко доступен. • Сложность стендовых испытаний. Требуется специальный стенд с подшипниковым узлом. В настоящее время указанные недостатки теряют актуальность в связи с улучшением характеристик магнитных систем генераторов и переходом на бесщеточное питание обмотки возбуждения. Поэтому в ближайшие годы доля автомобилей, оснащенных маховикамигенераторами с прямым приводом будет расти. На мотоциклах этот тип генераторов доминирует с 50 -х годов.
Эксплуатация и диагностирование генераторной установки • Современные генераторные установки имеют только один обслуживаемый элемент – коллекторно-щеточный узел. В новых моделях бесщеточных генераторов обслуживаемых элементов нет. • В процессе технического обслуживание необходимо следить за состоянием ременного привода генератора
Скачать презентацию Генераторные установки. Система электроснабжения Генераторная установка –
Генераторные установки.ppt