Синхронные генераторы с когтеобразными индукторами

Начиная с 40-х годов прошлого столетия по настоящее время, практически монопольные позиции в СЭС автомобилей занимают генераторы с когтеобразными полюсами. Эти электрические машины допускают глубокое регулирование потокосцепления обмоток якоря обычными легко реализуемыми способами и обеспечивают за счёт этого возможность стабилизации напряжения на требуемом уровне в широком диапазоне изменения нагрузки и частоты вращения двигателя. К основным факторам, предопределившим преимущественное применение именно этих генераторов в автотракторных СЭС, относятся также простота и технологичность конструкции, меньший расход меди па обмотку возбуждения и меньшие потери в ней по сравнению с генераторами с радиальным потоком, у которых для создания того же количества полюсов необходимо вписать в конструкцию индуктора в 2р раз большее количество катушек, каждая пара которых должна обеспечить в зазоре такую же МДС, которую развивает в нём обмотка когтеобразного индуктора (р — число пар полюсов).

Недостатками генераторов с когтеобразными полюсами являются значительные поля рассеяния индуктора, относительно большая протяжённость пути прохождения магнитного потока в нём, наличие скользящих контактов и крайне ненадёжное самовозбуждение при отсутствии в системе аккумуляторной батареи. Каждый из перечисленных недостатков имеет существенное значение при выборе магнитной системы генератора для автотракторных СЭС и свидетельствует не в пользу выбора для применения в них генераторов с когтеобразными роторами. В совокупности же эти недостатки образуют достаточно аргументированную основу для поиска других (альтернативных) вариантов исполнения электромашипных преобразователей для автомобильных СЭС.

Наряду с генераторами с когтеобразными полюсами на использование вполне обосновано могут претендовать хорошо зарекомендовавшие себя в СЭС тракторов и пока в ограниченных масштабах внедряемые в СЭС автомобилей индукторные генераторы, а также и другие типы бесконтактных электрических машин. Не исключена возможность применения в перспективе и генераторов с возбуждением от постоянных магнитов.

Все генераторы с когтеобразными полюсами, выпускаемые отечественной промышленностью и зарубежными фирмами, характеризуются практически одинаковым конструктивным оформлением их индукторов (роторов), которые незначительно отличаются друг от друга лишь геометрией полюсной системы. Что же касается якорей (статоров) этих машин, то они идентичны по устройству и выполняются либо с полностью открытыми пазами с размещёнными в них катушечными группами обмотки якоря, либо с полузакрытыми пазами с распределёнными по ним секциями той же обмотки. Принципиальные конструктивные изменения наблюдаются лишь в устройстве и размещении в конструкции генераторов элементов системы их охлаждения. В настоящее время все отечественные генераторы, устанавливаемые на автомобили и тракторы, охлаждаются воздухом, принудительно прогоняемым через внутренние его полости установленными на валу вентиляторами. На зарубежные автомобили наряду с генераторами, оснащёнными традиционной воздушной системой охлаждения, в массовом порядке устанавливаются генераторы с более эффективной жидкостной системой охлаждения.

На рис. 1.3 и 1.4 показано устройство двух автомобильных генераторов с когтеобразным индуктором. Один из них (рис. 1.3) охлаждается потоком воздуха от одного установленного за пределами корпуса вентилятором (он закреплён на шкиве). Особенностью второго генератора, получившего название «генератор компактной конструкции», является усиленная система охлаждения наиболее нагруженных в тепловом отношении элементов конструкции (обмоток якоря и возбуждения и выпрямительного блока). Теплосъём с них обеспечивается воздухом, всасываемым во внутренние полости генератора через отверстия в крышках двумя расположенными с обеих сторон индуктора под лобовыми частями обмотки якоря вентиляторами и выбрасываемым ими же в специально предусмотренные для этого отвер- с т и я в

Рис. 1.3. Генератор 37.3701:

/ — крышка со стороны контактных колец; 2 — выпрямительный блок; 3 — вентиль (диод) выпрямительного блока; 4 — винт крепления выпрямительного блока; 5 — контактное кольцо; 6 — задний шарикоподшипник; 7 — конденсатор; 8 — вал ротора; 9 — вывод «30» генератора; 10 — вывод «61» генератора; 11 — вывод регулятора напряжения; 12 — регулятор напряжения; 13 — щетка; 14 — шпилька крепления генератора к натяжной планке; 15 — шкив с вентилятором; 16, 23 — полюсный наконечник ротора; 17 — дистанционная втулка; 18 — передний шарикоподшипник; 19 — крышка со стороны привода; 20 — обмотка ротора; 21 — статор; 22 — обмотка статора; 24 — буферная втулка; 25 — втулка; 26 — подвижная втулка

Рис. 1.4. Генератор компактной конструкции:

I — пакет статора; 2 — задняя крышка; 3 — выпрямительный блок; 4, 18 — подшипники; 5 — контактные кольца; 6 — винт крепления; 7 — щётки; 8 — щёткодержатель; 9 — крышка регулятора; 10, ?6 — вентиляторы; //, 15 — когтеобразные полюсные системы; 12 — обмотка якоря; 13 — обмотка возбуждения; 14 — втулка из магнитного материала; 17 — распорная втулка; 19 — шкив; 20 — гайка шкива; 21 — стяжные винты корпусе. Применение более эффективной системы охлаждения обеспечивает возможность реализации в генераторах компактной конструкции больших значений электромагнитных нагрузок и позволяет за счёт этого уменьшить их габариты и расход активных материалов на изготовление.

Выпрямительные блоки и щёточно-контактные узлы расположены во внутренних полостях генераторов. Причём в генераторе 37.3701 щёточный узел встроен в регулятор напряжения, а в генераторе компактной конструкции, наоборот, регулятор напряжения закреплён на щёточно-контактном узле.

Более подробные сведения о конструкциях автомобильных генераторов с когтеобразными полюсами можно получить, ознакомившись с [1,2, 3] и другими источниками.