Генератор представляет собой тип электрического генератора используется в современных автомобилях для зарядки аккумулятора и для питания электрической системы , когда его двигатель работает.
До 1960-х годов в автомобилях использовались динамо- генераторы постоянного тока с коммутаторами . Когда кремниевые диодные выпрямители стали широко доступны и доступны, генератор постепенно заменил динамо-машину. Этому способствовало увеличение количества электроэнергии, необходимой для автомобилей в этот период, с увеличением нагрузки от больших фар, электрических дворников, обогреваемых задних окон и других аксессуаров.
История [ править ]
Генераторы переменного тока современного типа были впервые использованы в военных целях во время Второй мировой войны для питания радиооборудования на специальных транспортных средствах. [i] После войны другие автомобили с высокими требованиями к электричеству, такие как машины скорой помощи и радио-такси, также могли быть оснащены дополнительными генераторами переменного тока. [1]
Генераторы были впервые представлены в качестве стандартного оборудования на серийных автомобилях корпорацией Chrysler на Valiant в 1960 году, на несколько лет раньше, чем Ford и General Motors . [1] [2]
Магнето в ранних автомобилях [ править ]
В некоторых ранних автомобилях, таких как Ford Model T , использовалась система зарядки другого типа: магнито с приводом от двигателя, которое генерировало переменный ток низкого напряжения, который подавался на катушки тремблера , обеспечивая высокое напряжение, необходимое для генерации искр зажигания. (Это отличалось от настоящего магнето зажигания , которое непосредственно генерирует высокое напряжение.) Поскольку такая система магнето зависела только от движения двигателя для генерации тока, ее можно было использовать даже при запуске двигателя с ручным коленчатым валом, при условии, что кривошип будет резко вытянут. , так что магнето будет производить достаточно тока для катушек, чтобы произвести хорошие искры.
В Model T магнито встроено в маховик двигателя. Первая модель Ts использовала магнето исключительно для зажигания тремблерной катушки. Начиная с 1915 модельного года, Ford добавил электрические фары, также работающие от магнето. [3] [4] Цепь магнето была строго переменного тока, без батареи. (На катушках зажигания был переключатель, позволяющий использовать батарею, что могло быть полезно при запуске в холодную погоду, но Ford не предоставил батарею и не поощрял ее использование до того, как представил электрический стартер в 1919 году. Владелец пришлось бы самому устанавливать аккумулятор и заряжать внешне.)
Начиная с 1919 модельного года, Ford модернизировал модель T, добавив в нее электрический стартер, который был стандартным для некоторых моделей и дополнительным для других. Эта стартерная установка также включала аккумулятор, заряжаемый от обычной динамо-машины, и теперь фары питались от аккумулятора. Однако магнето маховика по-прежнему приводило в действие зажигание, а поскольку в моделях без стартера не было батареи, они продолжали использовать фары с питанием от магнето. [5] [6]
Преимущества перед динамо [ править ]
Генераторы переменного тока имеют несколько преимуществ перед генераторами постоянного тока ( динамо ). Генераторы бывают:
- Легче, дешевле и прочнее
- Может обеспечить полезный заряд на холостом ходу
- Используйте контактные кольца , значительно увеличив срок службы щеток по сравнению с коммутатором.
- Щетки в генераторе переменного тока пропускают только постоянный ток возбуждения, который составляет небольшую часть тока, переносимого щетками генератора постоянного тока, которые несут всю мощность генератора.
Для преобразования переменного тока в постоянный требуется набор выпрямителей ( диодный мост ) . Для обеспечения постоянного тока с низкой пульсацией используется многофазная обмотка, а полюсные наконечники ротора имеют форму (полюсные). Автомобильные генераторы обычно имеют ременной привод с частотой вращения коленчатого вала в 5-10 раз, что намного быстрее, чем генератор. Генератор работает с разной частотой вращения (которая меняет частоту), поскольку приводится в движение двигателем. Это не проблема, потому что переменный ток выпрямляется в постоянный .
Регуляторы генератора также проще, чем у генераторов. Регуляторам генератора требуется реле отключения для изоляции выходных катушек (якоря) от батареи при низкой скорости; эта изоляция обеспечивается выпрямительными диодами генератора. Кроме того, большинство регуляторов генератора включают в себя ограничитель тока; генераторы переменного тока по своей природе ограничены по току.
Операция [ править ]
Несмотря на свое название, и «генераторы постоянного тока» (или «динамо-машины»), и «генераторы переменного тока» изначально производят переменный ток. В так называемом «генераторе постоянного тока» этот переменный ток генерируется во вращающемся якоре, а затем преобразуется в постоянный ток коммутатором и щетками. В «генераторе переменного тока» переменный ток генерируется в неподвижном статоре, а затем преобразуется в постоянный ток выпрямителями (диодами).
Типичные генераторы для легковых автомобилей и легких грузовиков используют конструкцию поля Лунделла или «когтевого столба». В нем используется профилированный железный сердечник на роторе для создания многополюсного поля из одной обмотки катушки. Полюса ротора похожи на сцепленные друг с другом пальцы двух рук. Катушка установлена внутри нее в осевом направлении, и ток возбуждения подается через контактные кольца и угольные щетки. Обмотки возбуждения и статора этих генераторов охлаждаются осевым потоком воздуха, создаваемым внешним вентилятором, прикрепленным к шкиву приводного ремня. [7]
Современные автомобили теперь используют компактную компоновку генератора переменного тока. Он подобен электрически и магнитно, но имеет улучшенное воздушное охлаждение. Лучшее охлаждение позволяет получить больше энергии от машины меньшего размера. Корпус имеет отличительные радиальные вентиляционные прорези на каждом конце и теперь закрывает вентилятор. Используются два вентилятора, по одному на каждом конце, и поток воздуха полурадиальный, входящий в осевом направлении и выходящий радиально наружу. [8] Обмотки статора теперь состоят из плотной центральной полосы, в которой железный сердечник и медные обмотки плотно упакованы, и концевых полос, где обмотки более открыты для лучшей теплопередачи. Более близкое расстояние между сердечниками от ротора улучшает магнитную эффективность. Закрытые вентиляторы меньшего размера производят меньше шума, особенно на высоких скоростях машины. [8]
Генераторы также могут иметь водяное охлаждение в автомобилях.
Более крупные автомобили могут иметь генераторы с явным полюсом, аналогичные более крупным машинам. [9]
Обмотки трехфазного генератора переменного тока могут быть подключены по схеме соединения треугольником или звездой ( звездой ). [10]
Бесщеточные версии генераторов этого типа также распространены в более крупной технике, такой как грузовые автомобили для шоссе и землеройные машины. С двумя подшипниками вала увеличенного размера в качестве единственных быстроизнашивающихся деталей они могут обеспечить чрезвычайно долгую и надежную работу, даже превышающую интервалы между капитальным ремонтом двигателя.
Регламент поля [ править ]
Автомобильные генераторы переменного тока требуют регулятора напряжения, который работает, модулируя небольшой ток возбуждения для создания постоянного напряжения на клеммах аккумулятора. В ранних конструкциях (1960–1970-е годы) использовалось дискретное устройство, установленное в другом месте автомобиля. В промежуточных конструкциях (1970–1990-е годы) регулятор напряжения был встроен в корпус генератора. В современных конструкциях вообще нет регулятора напряжения; регулировка напряжения теперь является функцией блока управления двигателем (ЭБУ). Ток возбуждения намного меньше, чем выходной ток генератора переменного тока; например, 70 Агенератору может потребоваться ток возбуждения всего 7 А. Ток возбуждения подводится к обмоткам ротора через контактные кольца. Низкий ток и относительно гладкие контактные кольца обеспечивают большую надежность и более длительный срок службы, чем генератор постоянного тока с его коммутатором и более высоким током, пропускаемым через его щетки.
Обмотки возбуждения получают питание от аккумулятора через переключатель зажигания и регулятор. А параллельные цепи поставки «заряд» индикатор предупреждения и заземлены через регулятор (поэтому индикатор включен , когда зажигание включено , но двигатель не работает). Когда двигатель работает и генератор вырабатывает энергию, диодподает ток возбуждения с основного выхода генератора переменного тока, выравнивая напряжение на сигнальном индикаторе, который гаснет. Провод, по которому подается ток возбуждения, часто называют проводом «возбудителя». Недостатком такой схемы является то, что в случае перегорания контрольной лампы или отсоединения провода «возбудителя» ток не достигает обмоток возбуждения, и генератор не генерирует мощность. Некоторые цепи предупреждающих индикаторов оснащены резистором, включенным параллельно лампе, который пропускает ток возбуждения, если сигнальная лампа перегорает. Водитель должен убедиться, что предупреждающий индикатор горит при остановленном двигателе; в противном случае может не быть никаких признаков неисправности ремня, который также может приводить в действие насос охлаждающей воды.. Некоторые генераторы переменного тока самовозбуждаются, когда двигатель достигает определенной скорости.
В последние годы [ когда? ] регуляторы генератора связаны с компьютерной системой транспортного средства, и различные факторы, включая температуру воздуха, полученную от датчика температуры всасываемого воздуха, датчика температуры аккумуляторной батареи и нагрузки двигателя, оцениваются при регулировке напряжения, подаваемого генератором переменного тока.
Выходной ток [ править ]
Старые автомобили с минимальным освещением могли иметь генератор переменного тока, способный производить всего 30 ампер . Типичный автомобиль пассажирских и легкие грузовики генераторы переменного ток рассчитаны примерно на 50-70 А, [ править ] , хотя более высокие оценки становятся все более распространенными, особенно , поскольку есть больше нагрузки на электрической системе автомобиля с кондиционером , электрическим усилителем рулем и другими электрическими системами. Очень большие генераторы переменного тока, используемые на автобусах, тяжелом оборудовании или машинах для оказания экстренной помощи, могут производить 300 А. Полуприцепы обычно имеют генераторы на мощность 140 А. Очень большие генераторы могут иметь водяное или масляное охлаждение.
Эффективность [ править ]
Эффективность автомобильных генераторов ограничена потерями на охлаждение вентилятора, потерями в подшипниках, потерями в стали, потерях в меди и падении напряжения в диодных мостах. Эффективность резко снижается на высоких скоростях в основном из-за сопротивления вентилятора. На средних оборотах КПД современных генераторов составляет 70-80%. [11] Это лучше, чем очень маленькие высокопроизводительные генераторы с постоянными магнитами, такие как те, которые используются в системах освещения велосипедов , которые достигают КПД около 60%. Большие электрические машины с постоянными магнитами (которые могут работать как двигатели или генераторы переменного тока) сегодня могут достигать гораздо более высокого КПД. Пеллегрино и др., [12]например, предложите не особо дорогие конструкции, показывающие множество областей, в которых КПД превышает 96%. Большие генераторы переменного тока, используемые на электростанциях, работают с тщательно контролируемыми скоростями и не имеют ограничений по размеру или весу. У них очень высокий КПД - 98%.
Гибридные автомобили [ править ]
Гибридные автомобили заменяют отдельные генератор и стартер одним или несколькими комбинированными двигателями / генераторами (M / G), которые запускают двигатель внутреннего сгорания, обеспечивают часть или всю механическую мощность на колеса и заряжают большую аккумуляторную батарею. . Когда присутствует более одного M / G, как в гибридном синергетическом приводе, используемом в Toyota Prius и других, один может работать как генератор, а другой - как двигатель, обеспечивая электромеханический путь для передачи некоторой мощности двигателя. к колесам. Эти двигатели / генераторы имеют значительно более мощные электронные устройства для управления, чем автомобильный генератор переменного тока, описанный выше.
Сноски [ править ]
- ^ См. Подходит для беспроводного подключения .
Ссылки [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме автомобильных генераторов переменного тока . |
- ^ a b «Генераторы и генераторы» . Allpar .
- ^ "Доблестный Крайслер" (PDF) . Доблестная рекламная брошюра . Chrysler Corporation (Австралия). 1962.
Еще один «первый» Chrysler ... удивительный новый генератор переменного тока.
- ^ «Энциклопедия: 1915» . Модель T Ford Club of America .
- ^ «Энциклопедия: 1915 и 1916 [подробное описание]» . Модель T Ford Club of America .
- ^ «Энциклопедия: 1919» . Модель T Ford Club of America .
- ^ «Энциклопедия: 1917-1920 [подробное описание]» . Модель T Ford Club of America .
- ^ «Электрическая система и электроснабжение». Справочник по автомобилестроению (3-е изд.). Bosch . 1993. С. 770–1. ISBN 0-8376-0330-7.
- ^ a b Bosch & 3rd , p. 771
- ^ Bosch и третий , стр. 771-772
- ^ " Что такое трехфазные генераторы ..." windstuffnow.com . Проверено 24 июля 2012 .
- ^ Хорст Бауэр (ред.) Справочник по автомобилестроению, 8-е издание , Robert Bosch GmbH, Штутгарт, 2011, ISBN 978-0-8376-1686-5 , стр. 993
- ^ Г. Пеллегрино, А. Вагати, П. Гульельми, «Сравнение производительности приводов с внутренними и внешними постоянными магнитами для электромобилей» IEEE Transactions по промышленной электронике, том 59, № 2, февраль 2012 г., стр. 809
