Характеристики вентильных генераторов

У вентильных генераторов есть некоторые особенности, влияющие на их характеристики:

• выпрямление переменного тока;
• подбор обмоточных данных, обеспечивающих номинальное напряжение при минимальной частоте вращения ротора, соответствующей режиму холостого хода автомобильного двигателя;
• самоограничение силы отдаваемого тока.

Основные параметры вентильного генератора - напряжение U, частота вращения ротора n и мощность Р (или сила тока, отдаваемого генератором при заданном напряжении).

Зависимость выпрямленного напряжения U_d от силы тока возбуждения I_B при отключенной нагрузке и постоянной частоте вращения ротора n называют характеристикой холостого хода (рис. 1). В режиме холостого хода выпрямленное напряжение равно ЭДС E_d. Характеристики холостого хода вентильных генераторов получают при независимом возбуждении.



Внешние характеристики вентильных генераторов представляют собой зависимости выпрямленного напряжения U_d (рис. 2) от силы тока нагрузки I_d при постоянных частоте вращения ротора, напряжении на выводах обмотки возбуждения и ее сопротивлении. При увеличении нагрузки выпрямленное напряжение падает под действием реакции якоря, в результате уменьшения напряжения в цепи статора (якоря) и в выпрямителе, причем падение напряжения в обмотках статора значительно и зависит от частоты вращения ротора.




Внешние характеристики вентильных генераторов определяются при самовозбуждении и независимом возбуждении. Снижение напряжения при увеличении нагрузки происходит не только на активном, но и на индуктивном сопротивлениях обмоток статора. В случае самовозбуждения вентильного генератора падает напряжение на самой обмотке возбуждения. Размагничивающее действие реакции якоря уменьшает магнитный поток в рабочем воздушном зазоре между ротором и статором.

По семейству внешних характеристик определяется максимальная сила тока I_{d max}, которая создается при заданном или регулируемом значении напряжения.

Скоростная регулировочная характеристика (рис. 3, а) вентильного генератора представляет собой зависимость силы тока возбуждения 1 В от частоты вращения ротора при постоянном напряжении вентильного генератора. Обычно она определяется при нескольких значениях силы тока нагрузки.




Минимальная сила тока возбуждения определяется при силе тока нагрузки, равной нулю, и максимальной частоте вращения ротора вентилятора генератора. Скоростные регулировочные характеристики позволяют определить диапазон изменения силы тока возбуждения от изменения нагрузки при постоянном напряжении.

При увеличении частоты вращения ротора n вентильного генератора сила тока I_в возбуждения должна уменьшаться (рис. 3, а), а при увеличении силы тока нагрузки - возрастать (рис. 3, б).

Напряжение генератора необходимо поддерживать постоянным в диапазоне частот вращения ротора от n₀ до n_max, при этом сила тока возбуждения будет изменяться от максимального I_{в max} до минимального I_{в min} значения. Кратность регулирования по частоте вращения ротора для автомобильных генераторов составляет 6-8, а скорость регулирования по току возбуждения k_I=I_{в max}/I_{в min} равна 15—20.

Кратность регулирования по силе тока возбуждения больше, чем кратность регулирования по частоте вращения ротора. Это происходит потому, что характеристика намагничивания вентильного генератора имеет нелинейный характер. Обычно у вентильных генераторов возникает глубокое насыщение магнитной цепи. Наибольшая кратность регулирования по току возбуждения возможна в режиме холостого хода.

В связи с непрерывным изменением режима движения автомобиля и, следовательно, частоты вращения ротора и нагрузки вентильного генератора важной является токоскоростная характеристика - зависимость силы тока I_d, которую вентильный генератор может отдавать потребителям при заданном напряжении, от частоты вращения ротора (рис. 4).




Токоскоростная характеристика снимается при U_d=const и I_в=const. Контрольными являются значения начальной частоты n₀ отдачи генератора, расчетная частота вращения ротора n_p и соответствующая ей расчетная сила тока I_dp и максимальная сила тока I_{d max} и n_max. Расчетные частоты вращения ротора n_p и сила тока I_dp определяются в точке касания токоскоростной характеристики 1 и прямой 2, проведенной из начала координат. Этой точке соответствует максимальное значение отношения расчетной мощности Р_dp к расчетной частоте вращения ротора n_p (режим максимального нагрева вентильного генератора).

Токоскоростная характеристика используется при разработке или выборе вентильного генератора. Она может быть определена при независимом возбуждении, самовозбуждении и работе вентильного генератора с регулятором напряжения.

Все современные автомобильные генераторы обладают свойством самоограничения силы максимального тока. В большом диапазоне частот вращения ротора сила тока возрастает медленно, а при максимальной частоте вращения ротора не превышает заданного максимального значения. Это связано с тем, что с ростом частоты вращения ротора генератора, а следовательно, с ростом частоты индуктируемого в обмотке статора тока повышается индуктивное сопротивление обмотки, поэтому сила тока увеличивается медленнее, асимптотически стремясь к некоторому предельному значению.


К параметрам вентильного генератора также относятся номинальные мощность и сила вырабатываемого тока при частоте вращения ротора 6000 мин^-1.

Вентильный генератор проектируется таким образом, чтобы нагрев его обмоток, подшипников и полупроводниковых элементов при номинальной силе тока (номинальной мощности) был бы не опасен. Узлы генератора нагреваются больше при силе тока, составляющей примерно 2/3 номинального значения. Это объясняется тем, что с увеличением частоты вращения ротора одновременно возрастает интенсивность охлаждения вентильного генератора вентилятором, расположенным на его валу.

Самоограничение силы тока проявляется в меньшей степени при увеличении значения n₀. С уменьшением значений n₀, n_p и ростом значения I_{d max} улучшаются условия обеспечения положительного зарядного баланса на автомобиле, однако при этом увеличиваются масса и габаритные размеры генератора.

Благодаря самоограничению силы тока в системах электроснабжения с вентильными генераторами отсутствует необходимость применять ограничители силы тока.